Главная > Документ

1

Смотреть полностью

Советник РААСН, профессор каф. Строительного материаловедения и специальных технологий д.т.н. Акулова М.В.

Технология изоляционных строительных материалов и изделий

Часть 1. Теплоизоляционные, звукоизоляционные материалы и изделия и огнеупоры

Введение

Теплоизоляционные материалы относятся к числу эффективных строительных материалов, позволяющих существенно снизить материалоемкость и стоимость конструкций.

Теплоизоляционные материалы – разновидность строительных материалов, характеризующихся малой теплопроводностью. Разность температур в средах, разделенных ограждением, приводит к переходу тепла от нагретой к холодной среде.

Цель теплоизоляции – ограничить количество передаваемого тепла. Любое ограждение оказывает некоторое сопротивление переходу тепла. Однако для достижения значительного теплосопротивления необходимо либо делать ограждения большой толщины, что экономически нецелесообразно, либо применять теплоизоляционные материалы, позволяющие значительно уменьшить толщину ограждения.

Малая теплопроводность этих материалов объясняется наличием большого количества пор, заполненных воздухом, который в неподвижном состоянии является плохим проводником тепла.

Таким образом, отличительная особенность строения теплоизоляционных материалов – высокая пористость.

В строительстве теплоизоляционные материалы используются для изоляции наружных ограждений зданий. Это позволяет снизить массу ограждающих конструкций и тем самым снизить транспортные и ремонтные расходы, а также сократить расход топлива на отопление зданий; повысить комфортность помещений.

Это можно подтвердить многими примерами.

Так, в среднем общая масса конструкций зданий в расчете на 1 м2 жилой площади составляет для кирпичного и крупноблочного дома около 3000 кг, крупнопанельного – 2000 кг. Масса конструкций зданий с легкими ограждающими панелями, утепленных теплоизоляционным материалом не превышает 500-800 кг, или 4-6 раз меньше, чем у кирпичного здания.

Примером экономии основных материалов могут служить такие данные: стена в 1 кирпич с минераловатным утеплением толщиной 30-50 мм эквивалентна стене в 2-2,5 кирпича, то есть применение минераловатных изделий позволяет в 2 раза уменьшить расход кирпича; 1 тонна минераловатного утеплителя заменяет не менее 7,5 тысяч штук кирпича.

Теплоизоляционные материалы в ограждающих конструкциях панельных и каркасно-панельных многоэтажных жилых зданий позволяет уменьшить расход стали в 1,5-3 раза и цемента в 3-4 раза по сравнению со стенами без тепловой изоляции.

Несмотря на широкое применение теплоизоляционных материалов, их производство является одной из молодых отраслей промышленности. В дореволюционной России теплоизоляционные материалы почти не изготовлялись, вырабатывались только камышит, соломит – прессованные камыш и солома.

Классификация теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные материалы в соответствии с существующими нормативными документами классифицируются по следующим основным признакам: по форме и внешнему виду, структуре, виду исходного сырья, средней плотности, жесткости (относительной деформации сжатия), теплопроводности, возгораемости.

По ГОСТ 16381-81 «Материалы строительные теплоизоляционные. Классификация» классификация осуществляется:

По форме и внешнему виду материалы подразделяются на штучные изделия (плиты, блоки, кирпич, полуцилиндры, сегменты); рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты); рыхлые и сыпучие материалы (вата минеральная, стеклянная, вспученный перлит и вермикулит).

Наиболее распространенный вид жестких теплоизоляционных изделий – плиты длиной 1 м, шириной 0.5 см и толщиной 5-10 см. толщину назначают исходя из термического сопротивления материала. Сравнительно небольшие размеры плит обусловлены их невысокой прочностью.

Сыпучие теплоизоляционные материалы представляют собой минеральные и органические вещества в виде бесформенных волокнистых или зернистых порошкообразных масс. К сыпучим материалам относят молотый диатомит, необработанную и гранулированную минеральную вату, перлитовый песок, вспученный вермикулит, торфяную крошку и др.

Сыпучие теплоизоляционные материалы в сухом состоянии используют для засыпки пустот в стенах временных и других облегченных зданий, для утепления чердачных перекрытий. Неорганические сыпучие материалы применяют и для тепловой изоляции различного промышленного оборудования. К сыпучим материалам относят также некоторые порошкообразные смеси, которые в виде мастик употребляют для теплоизоляции горячих поверхностей оборудования. Такие материалы часто называют мастичными.

Наиболее прогрессивные теплоизоляционные материалы – штучные изделия. Теплозащитные свойства ограждений из них лучше, чем у засыпных или мастичных теплоизоляционных конструкций. Штучные изделия изготовляют в заводских условиях по установленной технологии, а качество их контролируют по соответствующим ГОСТам. Теплозащитные же свойства засыпных и мастичных конструкций зависят не только от свойств материалов, но и от способов их применения, свойства засыпной теплоизоляции существенно меняются в процессе эксплуатации.

По структуре материалы подразделяются на волокнистые, ячеистые, зернистые и слоистые.

По виду основного сырья различают неорганические и органические материалы. К неорганическим относят, например, минеральную вату, ячеистые бетоны, теплоизоляционную керамику. Органическими материалами считают древесноволокнистые и торфяные плиты, камышит, а также теплоизоляционные (газонаполненные) пластмассы. Существует еще группа материалов, изготовляемых из смеси неорганического и органического сырья, например, фибролит, получаемый из древесной шерсти и цемента, изделия из минеральной ваты на органическом связующем. Их не выделяют в отдельную группу, а условно относят или к органическим материалам (фибролит), или к неорганическим (изделия из минеральной ваты). Основанием для этого служит преобладающее содержание либо минеральной, либо органической части материала.

За основу подразделения теплоизоляционных материалов на марки принята средняя плотность материала в сухом состоянии (кг/м3).

Группа материалов

Марка (кг/м3)

Особо низкой плотности

15

25

35

50

75

Низкой плотности

100

125

150

175

-

Средней плотности

200

225

250

300

350

Плотные

400

450

500

600

-

Марку материалов, имеющих промежуточное значение средней плотности, относят к ближайшему.

По жесткости теплоизоляционные изделия подразделяют исходя из относительной деформации сжатия.

Классификация изделия по жесткости

Вид изделий

Относительное сжатие, %, при удельной нагрузке, МПа

0.02

0.04

0.1

Мягкие

Более 30

-

-

Полужесткие

От 6 до 30

-

-

Жесткие

До 6

-

-

Повышенной жесткости

-

До 10

-

Твердые

-

-

До 10

По теплопроводности материалы и изделия делятся на классы:

Классификация изделий по теплопроводности

Класс по теплопроводности

Теплопроводность при температуре 25ºС

Вт/(мºС)

Ккал/(мчºС)

Низкая

До 0.06

До 0.05

Средняя

0.06-0.115

0.05-0.1

Повышенная

0.115-0.175

0.1-0.15

Теплоизоляционные материалы в строительстве часто используют не только с целью тепловой изоляции, но и для акустических целей.

Материалы для акустических целей подразделяются на:

а) звукопоглощающие, предназначенные для применения в конструкциях звукопоглощающих облицовок внутренних поверхностей помещений и для отдельных звукопоглотителей;

б) звукоизолирующие, предназначенные для применения в качестве прокладок под плавающими полами и в многослойных ограждающих конструкциях с целью улучшения изоляции ограждений от ударного и воздушного звуков;

в) вибропоглощающие, предназначенные для ослабления изгибных колебаний, распространяющихся по жестким конструкциям (преимущественно тонким) с целью снижения излучаемого ими звука.

Звукопоглощающие материалы (отделочные) различают по структуре, степени жесткости скелета, форме, фактуре лицевой поверхности и способу применения; звукоизоляционные (прокладочные) – по структуре, деформативности и динамическому модулю упругости.

Основные свойства теплоизоляционных материалов

Свойства или показатели качества строительных материалов, в том числе теплоизоляционных и акустических, подразделяются на функциональные (специфические) и строительно-эксплуатационные (общие).

Функциональные свойства определяются основным назначением материала. Для теплоизоляционных материалов такими свойствами будут теплоизолирующая способность (теплопроводность) и предельная температура применения, пористость – как параметр, предопределяющий качество этих материалов и др.

Строительно-эксплуатационные свойства предопределяют условия транспортирования, монтажа и эксплуатации изделий. Варьирование этих свойств в зависимости от условий эксплуатации, как правило, не должно существенно отражаться на функциональных свойствах материала. Важнейшими строительно-эксплуатационными свойствами считают прочностные показатели, отношение материала к действию воды, температуры, огня, химической агрессии, микроорганизмов и ряд других.

Пористость характеризует долю (процентное содержание) газовой (воздушной) фазы в объеме материала. Принято подразделять пористость на истинную, кажущуюся и закрытую.

Истинная (общая) пористость Пи характеризует отношение общего объема всех пор к объему материала (в долях или процентах):

Пизк

или Пи = (1­ ρ0 /ρ)·100,

где ρ – плотность;

ρ0 – средняя плотность.

Кажущаяся (открытая) пористость Пк – отношение общего объема сообщающихся пор к объему материала.

Закрытая пористость Пз характеризует объем закрытых пор в объеме материала:

Пзик

Для зернистых материалов (засыпной теплоизоляции) для описания межзерновой пористости введено понятие пустотности Vп.м.:

Vп.м.=(1­ρн/1000·ρ)·100%,

где ρн – насыпная средняя плотность.

Истинную пористость теплоизоляционных материалов определяют обычно расчетным путем исходя из значений плотности и средней плотности материала. Открытую пористость оценивают экспериментальными методами по объему пор, заполненных водой. Закрытую пористость рассчитывают по показателям истинной и открытой пористости.

Большое значение на свойства теплоизоляционного материала оказывает вид пористой структуры. Существуют следующие виды пористой структуры – ячеистая, волокнистая, зернистая и слоистая.

Характеристические значения пористости для теплоизоляционных материалов различной структуры приведены в таблице.

Структура

Материалы

Пористость, %

общая

открытая

закрытая

Ячеистая

Ячеистый бетон

85-90

40-50

40-45

Пеностекло

85-90

2-5

83-85

Пенопласты

92-99

1-55

45-98

Волокнистая

Минераловатные

85-92

85-92

0

Зернистая

Перлитовые

85-88

60-65

22-25

Стеклопоровые

92-99

60-65

30-35

Объем истинной пористости зависит от содержания в материале твердой фазы, которая определяет механические, в значительной степени эксплуатационные свойства изделий. Поэтому превышение рациональных значений общей пористости приводит к резкому снижению прочностных и увеличению деформативных показателей материала. Оптимальное содержание твердой фазы в теплоизоляционных изделиях зависит от прочности и характера распределения структурообразующего материала. Чем выше его прочность и степень омоноличивания (связанность), тем больше может быть истинная пористость теплоизоляции.

Для материалов с волокнистой и зернистой структурой значения истинной пористости не являются величиной постоянной, так как даже под небольшой нагрузкой вследствие сжимаемости и уплотнения Пи снижается; при снятии нагрузки у волокнистых материалов, возможно, некоторое увеличение Пи.

На свойства теплоизоляционных материалов большое влияние оказывают размеры, форма и расположение пор. Лучшие показатели теплоизолирующей способности имеют материалы с мелкими замкнутыми сферическими порами.

С увеличением размеров пор и превращением их в открытые каналы ухудшаются теплозащитные свойства материалов, так как воздух, заключенный в порах, свободно перемещается и теплопроводность материалов ухудшается. Такие материалы легко увлажняются, что также ухудшает их свойства.

Размер пор у различных теплоизоляционных материалов колеблется в широких пределах, но не превышает 3….5 мм. Материалы волокнистой структуры характеризуются преимущественно сквозными каналами, и определить размеры их пор трудно. Характер, размеры и количество пор во многом зависят от способов получения высокопористого материала.

Форма пор во многих случаях является причиной анизотропии свойств теплоизоляционных материалов. Так для изделий с порами эллиптической формы прочность и теплопроводность зависят от направления приложения нагрузки и температурного поля. Если нагрузка действует вдоль оси эллипса, то прочность бетона выше, чем при нагружении в перпендикулярном направлении. Для теплопроводности наблюдается обратная зависимость.

Высокопористая структура определяет все основные свойства теплоизоляционных материалов: среднюю плотность, прочность, теплопроводность.

Закрытая пористость обеспечивает повышенную эксплуатационную стойкость теплоизоляционных материалов и значительное снижение конвективной составляющей теплопередачи. Увеличение доли Пз в общем объеме пористости достигают в процессе производства теплоизоляционных материалов путем регулирования реологических свойств и кинетики порообразования в массе, а также за счет повышения плотности межпоровых перегородок.

Средняя плотность

Средней плотностью материала называется величина, численно равная массе единицы объема этого материала в естественном состоянии (вместе с имеющимися в нем порами и пустотами); выражается в граммах (или килограммах) на кубический сантиметр (или метр) и обозначается греческой буквой ρ. Среднюю плотность материала можно определять после предварительного высушивания его до постоянной массы или в состоянии естественной влажности.

Среднюю плотность высушенного образца вычисляют по формуле:

ρ=mс/V

где mс – масса высушенного образца, кг;

V – объем образца, м³.

Среднюю плотность образца в состоянии влажности определяют по формуле:

ρ=mв/V(1+0.01·W)

где mв – масса образца в состоянии естественной влажности;

W – влажность образца, %.

Массу материала определяют взвешиванием с погрешностью до 1 г; влажность W подсчитывают после высушивания образцов до постоянной массы при температуре 50-110°C по формуле:

W=[(m-m1)/m1]·100%

Объем жестких изделий определяют, измеряя их линейные размеры. Для изделий неправильной геометрической формы объем определяют по объему песка или воды, вытесненной образцом изделия.

Для зернистых и порошкообразных материалов объем определяют в мерных сосудах в свободной засыпке. Объем рыхлых волокнистых материалов определяют в металлических цилиндрах под грузом.

Средняя плотность материалов в сухом состоянии обратно пропорциональна объему пористости. Поэтому с повышением пористости пропорционально снижается плотность теплоизоляции. Средняя плотность материалов в естественно-влажном состоянии зависит от равновесной влажности: ее уменьшение, например, с помощью объемной гидрофобизации приводит к пропорциональному снижению ρв.

Теплоизоляционные материалы по средней плотности подразделяются на: особо низкой плотности – менее 75 кг/м3, низкой плотности – менее 175 кг/м3, средней плотности – менее 350 кг/м3, плотные – менее 600 кг/ м3.

Теплопроводность.

Теплопроводность важнейший показатель теплоизоляционных материалов. Теплопроводность – вид теплопередачи (теплообмена), то есть процесс переноса энергии (в форме теплоты) от одной части тела к другой. Теплопроводность характеризуется количеством тепла в Дж, проходящего в течение 1 ч. через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 при разности температур на противоположных плоскопараллельных плоскостях в 1 К.

Теплопроводность обозначается буквой λ и измеряется в Вт/(м·К).

Высокие теплозащитные свойства теплоизоляционных материалов объясняются тем, что они содержат значительное количество мелких пор, заполненных воздухом. Теплопроводность воздуха в неподвижном состоянии в этих порах очень мала и при температуре 20ºС равна 0.026 Вт/(м·К).

Теплопроводность теплоизоляционных материалов определяют различными методами.

Теплопроводность теплоизоляционных материалов зависит от их плотности, влажности и температуры. Обычно с уменьшением плотности снижается и теплопроводность. Однако для волокнистых материалов это не характерно. Минеральная вата имеет наименьшую теплопроводность в том случае, если ее плотность равна 100…125 кг/ м3. Это объясняется тем, что у волокнистых материалов пониженная плотность создается обилием каналов, по которым возможно движение воздуха и связанных с ним усиленный перенос тепла.

Механизм теплопроводности

В твердых телах перенос тепла осуществляется путем взаимодействия между тепловыми упругими колебаниями решетки или вследствие движения электронов и столкновения их с атомами. Металлам свойственны оба вида передачи энергии. Поэтому теплопроводность металлических тел велика.

В изоляторах, а к ним относится большинство теплоизоляционных материалов, число свободных электронов, которые могли бы двигаться по кристаллической решетке, незначительно, и тепло в основном передается за счет колебаний решетки. Если бы колебания были полностью гармоничными, то сопротивления переносу тепла не существовало бы и теплопроводность была бы бесконечно велика. Но в реальных телах колебания имеют ангармоничный характер, в результате тепловые упругие волны затухают и теплопроводность значительно снижается.

Теплопроводность λ вычисляют по формуле:

λ=q·δ/(t1 ­ t2),

где q – количество тепла, проходящего через образец площадью 1 м2 за 1 ч. в направлении перпендикулярном его поверхности, Вт/ м2;

δ – толщина образца, м;

t1,t2 – температуры соответственно верхней и нижней поверхности образца, К.

Теплопроводность, как это вытекает из механизма теплопереноса, зависит от средней плотности, общей пористости структуры, химического состава и физического строения твердой фазы, излучательной способности поверхности поры, вида и давления газа, заполняющего поры, температуры и влажности среды и материала.

Обычно с уменьшением плотности снижается и теплопроводность. Однако для волокнистых материалов это не характерно. Минеральная вата имеет наименьшую теплопроводность в том случае, если ее плотность равна 100-125 кг/м³. Это объясняется тем, что у волокнистых материалов пониженная плотность создается обилием сквозных каналов, по которым возможно движение воздуха и связанный с ним усиленный перенос тепла. Поризация материала существенно снижает теплопроводность, т.к. теплопроводность воздуха очень мала, а на долю воздуха в порах в материалах приходится 65-90% всей теплопередачи. Большое влияние на теплопроводность оказывает вид пористой структуры. Теплоизоляционные свойства пористых материалов обуславливаются сложным изломанным путем теплового потока от одной плоскости конструкции к другой. Воздух оказывает большое термическое сопротивление движению теплового потока. Тепловой поток, проходя от одной частицы твердой фазы к другой, сжимается в области, расположенной вблизи места контакта двух частиц, происходит интенсивное взаимодействие тепловых квантов друг с другом, что вызывает дополнительное термическое сопротивление. Из этого следует, что материалы с ячеистой структурой должны обладать большей теплопроводностью, чем изделия с волокнистой или зернистой структурой. Очевидно также, что чем меньше размер зерен или волокон, тем больше контактных зон и меньше размер пор и, следовательно, ниже теплопроводность. Если поры расположены параллельно тепловому потоку, то они менее эффективны.

Теплопроводность зависит от химического состава и молекулярного строения веществ. Вещества, простые по химическому составу и строению более теплопроводны, чем сложные. Теплопроводность газов зависит от их молекулярной массы и числа атомов в молекуле. В зависимости от физического строения теплопроводность кристаллических тел больше, чем аморфных. Теплопроводность жидкости тем больше, чем выше ее удельная теплоемкость. При увлажнении теплозащитные свойства теплоизоляционных материалов резко ухудшаются, так как вода, замещающая в порах воздух, имеет теплопроводность почти в 23 раза выше, чем у воздуха. С повышением температуры теплопроводность возрастает, особенно это характерно для материалов с крупными порами.

Прочность – это способность материалов сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих деформации и внутренние напряжения в материале. Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности, то есть наибольшим напряжением в материале, соответствующим нагрузке, при которой происходит либо разрушение образца, либо изменение линейных размеров (деформация) образца. Теплоизоляционные материалы имеют пористое строение, поэтому обладают небольшой механической прочностью (от 0.05…0.1 до 1…1 МПа); лишь отдельные материалы имеют прочность до 5 МПа. Поскольку повышение пористости приводит к улучшению теплопроводности, но отрицательно сказывается на прочности, то необходимо стремится к наилучшему сочетанию этих свойств.

Из характеристик пористой структуры решающее влияние на прочность материалов с ячеистой пористостью оказывают: однородность распределения пористости, средний диаметр пор, состояние припорового слоя. Прочность материалов с зернистой структурой зависит, прежде всего, от прочности единичного зерна; у материалов с пористо-капиллярной структурой зависит от вида связующего, адгезии связующего к волокну, от ориентации волокон к действию напряжений.

В зависимости от условий приложения нагрузки различают предел прочности при сжатии Rсаж., растяжении Rрост. и изгибе Rзиг.

Прочность материалов ячеистой структуры обычно характеризуется прочностью на сжатие, волокнистой структуры – на изгиб. Для характеристики гибких материалов и изделий используют предел прочности при растяжении, например для мягких минераловатных плит и матов. Теплоизоляционные изделия волокнистого строения под действием сжимающих нагрузок не разрушаются, а только сжимаются. Такие материалы (изделия) характеризуются сжимаемостью и упругостью.

Сжимаемость и упругость – способность материалов под действием внешней нагрузки изменять свой объем, и после прекращения действия нагрузки восстанавливать его. Сжимаемость определяют под удельной нагрузкой 2 кПа.

Сжимаемость Сж подсчитывают по формуле:

Сж=[(h­h1)/h]·100%

где h – высота (толщина) образца под нагрузкой 0.5 кПа, мм;

h1 – высота (толщина) образца под нагрузкой 2кПа, мм.

Через 15 мин. после снятия нагрузки измеряют толщину образца h2. Упругость Y вычисляют по формуле:

Y=( h2/ h)·100%

Гибкость – способность материала сохранять целостность при его изгибании по цилиндрической поверхности.

Один из основных показателей физико-механических свойств теплоизоляционных материалов – предел прочности при сжатии – зависит в первую очередь от объема твердой фазы и ее прочностных характеристик, а также от параметров пористой структуры. Поэтому за характеристику физико-механических свойств теплоизоляционного материала часто берут коэффициент конструктивного качества.

Физико-механические свойства определяют на специальных машинах, где к образцам материала в зависимости от вида характеристики прикладывается усилие – растягивающее, изгибающее, сжимающее. Это прессы, разрывные машины и т.д. Физико-механические свойства выражаются в единицах отношения массы приложенной нагрузки к площади приложения сил, например, в кг/см². Также некоторые свойства, например, сжимаемость могут выражаться в %, и в специальных единицах.

Отношение теплоизоляционных материалов к действию воды

Свободная вода в составе строительных материалов всегда ухудшает их строительно-эксплуатационные свойства: снижает прочность, морозостойкость, биостойкость. Особенно отрицательно влияет увлажнение на теплопроводность теплоизоляционных материалов. В теплоизоляционных материалах может присутствовать технологическая вода – она остается в изделиях при изготовлении, и эксплуатационная, приобретаемая материалом при транспортировании, монтаже и эксплуатации.

Влажность – содержание в материале свободной воды, которая химически с ним не связана и которая удаляется из материала при сушке его до постоянной массы. Определяют как разницу в массе навески до, и после просушки. Различают абсолютную и относительную влажность – отношение массы воды, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала. Относительная влажность материала – отношение массы влаги, содержащейся в материале, к массе его во влажном состоянии.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу при непосредственном соприкосновении с водой (например, при погружении). Количество поглощенной образцом воды, отнесенное к массе сухого материала, характеризует массовое водопоглощение, а к объему материала – объемное водопоглощение. Водопоглощение материала всегда меньше истинной (полной) пористости, так как часть пор оказывается закрытой, не сообщающейся с окружающей средой, и не доступной для воды.

Гигроскопичность (сорбционная влажность) – свойство материала поглощать водяные пары, находящиеся в воздухе. Изделия, имеющие структуру с открытыми, а, следовательно, с сообщающимися порами, более влагоемки.

Водостойкость – способность материалов (изделий) сохранять свою прочность при увлажнении. Принято считать материалы водостойкими, если их прочность после увлажнения снизилась не больше чем на 25% от первоначальной прочности в сухом состоянии.

Степень понижения прочности материалов, насыщенных водой, характеризуется коэффициентом размягчения kразм., который определяют по формуле:

kразм.= Rн/Rс,

где Rн – предел прочности материала в насыщенном водой состоянии, МПа;

Rс – предел прочности сухого материала, МПа.

Однако для многих теплоизоляционных материалов этот показатель непригоден, так как насыщение водой приводит к необратимым изменениям их структуры.

Для защиты теплоизоляционных материалов от увлажнения применяют поверхностную защиту материала водонепроницаемым покрытием, гидрофобизацию поверхности капилляров и газовых пор, закупорку входов в капилляры водостойкими и водонепроницаемыми веществами, разобщением сетки капиллярных пор крупными порами и др.

Водопоглощение для материалов с ячеистой структурой с закрытыми порами – 80-120%, с сообщающимися – 350-400%, для материалов с волокнистой структурой – 400-600%.

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное, требуемое по условиям долговечности, число циклов попеременного замораживания и оттаивания без признаков разрушения или допустимого снижения прочности. Определяют коэффициент морозостойкости

kмрз.=Rмрз/Rн

где Rмрз – предел прочности при сжатии материала после испытания на морозостойкость;

Rн – предел прочности при сжатии водонасыщенного материала, МПа.

Биостойкость. Определяется только для органических теплоизоляционных материалов. Это способность материала противостоять действию гнилостных бактерий.

Температуростойкость – способность материала сохранять свои физические свойства (структуру, прочность, плотность, форму и т.д.) без существенных изменений при различных температурных воздействиях. Ее определяют по температурной линейной усадке или расширению, механической прочности, плотности и др. Температуростойкость зависит от вида пористой структуры, характера омоноличивания материала, химического и минералогического состава его компонентов, геометрии изделий, интенсивности изменения температуры. Повышение однородности материала, подбор компонентов с близкими значениями коэффициента линейного температурного расширения отдельных составляющих теплоизоляции.

Горючесть – характеризуется способностью материала выдерживать действие пламени без большой потери массы. По горючести теплоизоляционные материалы подразделяются на негорючие, трудногорючие, горючие.

Негорючие материалы под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются и не тлеют. К ним относятся все неорганические материалы, например минеральная вата, вспученные перлит, вермикулит. Трудногорючие – под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют, но после удаления источника тепла горение и тление прекращаются, при этом потеря массы у таких материалов не превышает 15-20%. Это неорганические материалы с малой добавкой органического связующего – перлитобитумные плиты, или органические материалы, обработанные антипиренами. Горючие – под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют, теряя более 20% массы. После удаления источника тепла, как правило, продолжают гореть или тлеть, - большинство пенопластов, например, ПВХ и др.

Негорючесть теплоизоляционных материалов повышают путем минерализации исходной композиции и пропиткой антипиренами, покрывая изделия огнезащитными составами (например, силикатными красками).

Акустические свойства

Функциональные свойства акустических материалов определяются их назначением и областью применения.

Звукопоглощающие материалы, предназначенные для гашения воздушных шумов и регулирования акустических характеристик помещений, должны обладать высокой звукопоглощающей способностью, которую оценивают по коэффициенту звукопоглощения.

Звукоизоляционные материалы, используемые для ослабления звука, передающегося через строительные конструкции из одного помещения в другое, должны характеризоваться высокой звукоизолирующей способностью, которая оценивается деформативностью. Величинами, по которым определяется эффективность звукоизоляционных материалов в конструкции, являются статический и динамический модули упругости. В ряде случаев деформативные свойства звукоизоляционных прокладочных материалов могут быть оценены по относительному сжатию материала под нагрузкой.

Коэффициент звукопоглощения. При падении звуковой волны на ограждающую поверхность отражается и поглощается энергия. Отношение, характеризующее количество поглощенной энергии Епогл. К падающей Епад. Называется коэффициентом звукопоглощения α:

α=(Eпад-Eотр)/Eпад=Eпогл/Eпад

где Eпад – энергия отраженной волны.

Статистический и динамический модули упругости. Звукоизоляционные свойства материалов тесно связаны с их упругими деформациями: способностью уплотняться и восстанавливать первоначальные размеры при постоянной и переменной нагрузке. Для приблизительной оценки звукоизоляционных свойств материалов служит статический модуль упругости; динамический модуль упругости дает более точные значения.

Статический модуль упругости характеризует связь между напряжением и соответствующей ему деформации, появляющейся под действием внешней силы.

Изоляционные свойства звукоизоляционных материалов можно оценить и по относительной деформации сжатия.

Способы получения пористой структуры

При формовании оптимальной пористой структуры в теплоизоляционных материалах стремятся достичь максимальных значений пористости (минимальной средней плотности), получить оптимальные характеристики пористой структуры, чтобы улучшить функциональные показатели качества изделий, понизить теплопроводность без значительного снижения прочности, а также повысить экономические показатели – материалоемкость и себестоимость.

Лучшие показатели теплоизолирующей способности имеет ячеистая пористая структура с равномерно распределенными крупными и мелкими порами (между крупными), геометрической формы, без узких капилляров, стенки гладкие, упругие, межпоровые перегородки должны быть близкими между собой по величине, поры больших размеров.

Оптимальной ячеистой структурой следует считать равномерно распределенную в объеме материала пористость в виде полидисперсных по размеру, замкнутых, деформированных в правильные многогранники пор. Форма пор должна приближаться к правильному додекаэдру (двенадцатигранник).

Чтобы получить высокие значения пористости и добиться рационального ее строения, что обеспечивает повышение строительно-эксплуатационные свойства теплоизоляции, необходимо оптимизировать следующие характеристики ячеистой структуры: однородность распределения пористости в объеме материала, толщина межпоровых перегородок, плотность межпоровых перегородок, форма пор, характер внутренней поверхности пор, замкнутость ячеистой структуры.

Главная технологическая задача в производстве высокоэффективных теплоизоляционных материалов – обеспечить их высокопористое строение с заданными характеристиками пористой структуры.

Способы подразделяются на следующие основные группы: вспучивание, оно охватывает следующие способы поризации: низкотемпературное газообразование, высокотемпературное газообразование, пенообразование, аэрирование (воздухововлечение); удаление порообразователя, в качестве порообразователя используют воду, легколетучие жидкости, выгорающие добавки; неплотная упаковка; контактное омоноличивание; объемное омоноличивание, оно включает омоноличивание поризованной связкой, омоноличивание плотной связкой, создание комбинированных структур.

Образование волокнистой структуры. (неплотная упаковка)

Это древнейший способ придания волокнистым и зернистым материалам повышенных теплоизолирующих свойств. Он заключается в неплотной укладке природных волокнистых материалов (шерсть, сухие водоросли, стебли злаковых растений, опилки и др.). Однако свободная неплотная укладка пригодна только для создания засыпной теплоизоляции. Для придания такой системе прочности используют принципы механического связывания: свойлачивания коротковолокнистых и средневолокнистых материалов, скрепление проволокой длинномерных стеблей. Такая обработка приводит к уменьшению пористости системы, и этот фактор является определяющим при выборе способа связывания композиции в изделие.

Для волокнистых материалов с длиной волокна до 20-30 мм неплотная упаковка при формовании изделий создается свойлачиванием. Этим способом из природных шерстяных волокон создается войлок. Наиболее широко этот метод используют при формовании волокнистого ковра в камере волокно-осаждения в технологии минераловатных изделий и в виде способа высокого водозатворения в технологии древесноволокнистых плит, торфоплит. Упаковка таких ковров в сочетании с прошивкой текстильной, стеклянной и синтетической нитью позволяет получать гибкие маты для теплоизоляции зданий и оборудования и звукоизоляции различных сооружений.

В валяльно-войлочном способе обработки природных волокон свойлачивание является одним из этапов предварительного уплотнения полуфабриката путем трения и давления при одновременном воздействии тепла и влаги для первоначального сближения и перепутывания волокон. Затем обычно следует валка – дальнейшая обработка трением, ударом и давлением. В результате изделие приобретает заданную плотность и прочность.

Способность волокон животного происхождения давать при свойлачивании изделия с высокой прочностью на разрыв и высокой формоустойчивостью объясняется спецификой строения волокон: чешуйчатой поверхностью, конусностью, высокой упругостью, набухаемостью и последующим сжатием, способностью извиваться и перемещаться.

У искусственных волокон, все эти особенности отсутствуют или выражены слабо. Поэтому при свойлачивании искусственных волокон получаются изделия с невысокой прочностью и жесткостью.

Свойлачивание минеральных волокон в камере волокно-осаждения основано на хаотической ориентации в процессе полета после волокнообразования и переплетении при укладке на пол камеры (движущийся конвейер). Возможна механическая подпрессовка волокон. Так образуется минераловатный ковер, обладающий связанностью и определенной прочностью на разрыв.

Свойлачивание способом высокого затворения обеспечивается хаотическим расположением и переплетением органических и минеральных волокон в изделиях формуемых из гидромасс. Содержание твердой фазы (волокон) в гидромассе составляет 2-10%. Это обеспечивает свободную ориентацию волокон в пространстве. На стадии формирования в процессе свободного гидростатического истечения воды из массы и последующего обезвоживания вакуум – отсосом и подпрессовкой закрепляется хаотический характер ориентации волокон и происходит их контактное соприкосновение. В процессе сушки контакты и зацепления волокон усиливаются, каркас приобретает определенную механическую прочность и жесткость.

Очень длинные и упругие волокна размалывают до определенного соотношения длины и диаметра, а торф в технологии торфоплит используют со степенью разложения (это определяет его упругость и способность обезвоживаться) 5-15%.

Пористость волокнистых материалов складывается из межволокнистой пористости и пористости собственно волокон. Поры в материалах с волокнистой структурой имеют неопределенную форму и представляют собой сообщающуюся систему воздушных полостей. Замкнутые поры отсутствуют. Чем тоньше волокно, тем больше число волокон в единице объема (при постоянной массе твердой фазы), а, следовательно, меньше размер единичной поры и ниже конвективный теплообмен в материале.

Материалы с волокнами малого диаметра должны характеризоваться лучшими теплофизическими и строительными свойствами, в том числе меньшей средней плотностью, большей упругостью, более высокой прочностью на изгиб и др.

Однако ниже определенного диаметра волокна средняя плотность материала заметно возрастает и еще больше увеличивается теплопроводность. Повышение средней плотности связано с уменьшением упругости и жесткости волокон малых диаметров, в результате чего наблюдается более плотная упаковка волокнистого ковра и большая слеживаемость в процессе эксплуатации. Рост теплопроводности в этом случае объясняется уменьшением пористости волокнистого каркаса.

Таким образом, оптимальной волокнистой структурой является структура с минимальным содержанием твердой фазы в виде длинных волокон малого диаметра, обеспечивающая упругость и неслеживаемость волокнистого каркаса при заданных нагрузках. Рациональная длина волокон определяется технологией, а диаметр – прочностными и упругими свойствами волокна. Волокна должны быть круглого сечения с плотной гладкой поверхностью, без резких перепадов диаметров по всей длине.

Газообразование (вспучивание).

Газообразование – способ, при котором из теплоизоляционного материала выделяется газ за счет введения в сырьевую массу специальных газообразователей – алюминиевой пудры, известняка и др. В результате химических реакций выделяются газы, которые, пытаясь выйти из формовочной массы, образуют в ней поры. Этим способом получают газобетон, газосиликат, ячеистое стекло (пеностекло) и газонаполненные теплоизоляционные пластмассы (пенопласты).

Способ газообразования имеет ряд разновидностей различающихся по следующим признакам: химизму процесса газообразования; виду газообразователя; температуре газообразования и вспучивания массы.

По химизму процесса газообразование подразделяется на несколько способов: первый основан на выделении газа при взаимодействии газообразователя с компонентами массы (газообразователь – алюминиевая пудра, карбонаты, кислоты, и др.); второй основан на выделении газа из газообразователя (перекись водорода, органические газообразователи) без взаимодействия с массой.

По виду различают: газообразователи искусственно вводимые в массу (алюминиевая пудра, органические порофоры и газообразователи); газообразователи, являющиеся составной частью исходных компонентов (гидратная вода).

По температуре газообразования и вспучивания способ газообразования подразделяется на: низкотемпературный (температура процесса 100ºС), среднетемпературный (200-400ºС), высокотемпературный (выше 800ºС).

Современные газообразователи должны удовлетворять следующим требованиям: плавное течение процесса газовыделения с получением нетоксичных и не вызывающих коррозию продуктов; большой объем выделяющегося газа – большое газовое число; соответствие газового интервала максимального газообразования температуре размягчения вспениваемого материала: устойчивость в условиях хранения и транспортирования, доступность и относительно низкая стоимость.

Газовое число – это объем газа (мл), приведенный к нормальным условиям, выделяемый в единицу времени 1 г газообразователя при температуре газовыделения. Оно служит для первичной оценки эффективности газообразователей.

Используют несколько типов органических и неорганических газообразователей, различающихся по агрегатному состоянию, химической природе и механизму газообразования. Наиболее многочисленна и широко используется группа твердых вспенивающих веществ.

В настоящее время самый распространенный низкотемпературный газообразователь – алюминиевая пудра. Она представляет собой тонкодисперсный порошок алюминия, имеющий форму лепестков со средним диаметром 20-50 и толщиной 1-3 мкм. Каждая частица алюминия покрыта тонкой оболочкой стеарина, придающего пудре гидрофобность. В результате пудра приобретает высокую кроющую способность и всплываемость (она предназначена для лакокрасочной промышленности). Однако в технологии теплоизоляционных материалов это резко ухудшает распределение газообразователя в массе.

Уже в процессе помола каждая частица алюминия окисляется и покрывается плотной окисной пленкой. Сильные щелочи и кислоты средней концентрации растворяют защитную окисную пленку на поверхности алюминия:

Al2O3+2OH →2 AlO2+H2O

С обнаженной поверхности алюминия переходит в раствор в виде ионов Al3+ при этом выделяются 3 моля водорода:

2 Al+6H+→2 Al3++3H2

Для вспенивая высокомолекулярных соединений, применяется группа легкокипящих жидких веществ (галоидпроизводные углеводороды, спирты, изопентан, толуол, бензол и т.д.). При нагревании до температуры кипения эти вещества, переходя в газообразное состояние, вспенивают полимеры. Несмотря на то, что по вспенивающей способности они уступают ряду газообразователей, они способствуют улучшению теплофизических свойств, а также образованию более равномерной структуры материала и повышению его физико-механических показателей.

Применяют среднетемпературные газообразователи, выделяющие газ в результате необратимого термического разложения при температуре до 120-160ºС, - порофоры. Из этой группе чаще всего используют азосоединения

(R-N=N-R), порофоры 4х3-21 и др.

В качестве высокотемпературных газообразователей используют органические (молотый кокс, антрацит, некоторые разновидности порофоров) и неорганические (карбонаты в виде молотого мела, известняка) вещества. В результате высокотемпературного воздействия выделяется СО2. Эти газообразователи применяются в производстве пеностекла.

Есть теплоизоляционные материалы, высокотемпературным газообразователем в которых служит гидратная вода. Она входит в молекулярную структуру минерала или искусственного вещества и в силу химической связи с веществом может превращаться в пар лишь при высоких температурах (в искусственных композициях при 200-400ºС, в природных минералах при 800-1000ºС). Объем образующегося пара больше объема исходной воды в 600-4000 раз, поэтому при содержании 0.05-0.5% гидратной воды материал увеличивается в объеме в 15-40 раз. Используют при производстве вспученного перлита, вермикулита, растворимого стекла и глиносодержащих материалов. Вспучивание газообразователем предполагает, что выделяющийся в процессе газовыделения газ остается в массе и вспучивает ее, образуя ячеистую структуру. Формирование такой структуры включает три стадии: зарождение газового пузырька, рост пузырька, стабилизация размеров и местоположения газового пузырька.

Зарождение газового пузырька на поверхности частицы присуще всем газообразователям (кроме легкокипящих жидкостей). Рост газового пузырька и образование поры – сложный процесс, в котором формирование единичной газовой поры происходит не от одной частицы газообразователя, а от их совокупности.

Тонкодисперсные газообразователи имеют малую массу, и поэтому объем газового пузырька очень мал. Рост и образование газовой поры происходит вследствие двух одновременно протекающих явлений: во-первых, за счет объединения мельчайших газовых пузырьков при их росте, а во-вторых, путем втягивания частиц пудры в растущую газовую пору. Расстояние между частицами в массе в два и более раз меньше, чем диаметр газовой поры, возникающей из одной частицы, поэтому газовые пузырьки соприкасаются и объединяются. В результате «возмущения» массы к такому пузырьку подходят новые частицы газообразователя, которые или прилипают к пузырьку, или отдают свой пузырек или втягиваются в пузырек газа. В последнем случае это происходит из-за плохой смачиваемости газообразователя и замедляет процесс газообразования.

Рост газовых пузырьков не безграничен. Во-первых, процесс образования газовых пузырьков начинается и протекает одновременно, поэтому не может стянуться к одному пузырьку, во-вторых, расстояние между пузырьками по мере их объединения увеличивается, в-третьих, с увеличением размера пузырька угол смачивания уменьшается, сила сцепления с частицей ослабевает и пузырек отрывается.

Прекращение роста пузырька должно совпадать с интенсивным ростом значений реологических показателей массы и к концу газовыделения и вспучивания значения предельного напряжения сдвига и вязкости массы должны быть наибольшими. Так как газовый пузырек вследствие большой разницы в плотностях газа и массы стремится всплыть, что приводит к выходу газа из масса (кипению) и снижению пористости. В результате прекращения газовыделения, а также увеличения значений реологических свойств обеспечиваются стабилизация размеров и местоположения газовых пузырьков.

Необходимо отметить, что не весь выделяющийся газ удерживается массой. Поэтому оперируют понятиями коэффициенты газовыделения Кгв и газоудержания Кгу, употребляют также идентичные понятия Vгв­ – коэффициент использования порообразователя и Vгу коэффициент выхода пор. Решающим фактором создания высокопористой ячеистой структуры, достижения высоких значений коэффициента газоудержания является направленное регулирование пластично-вязких свойств массы и кинетики газовыделения.

Скорость газообразования для всех газообразователей зависит от температуры массы, химического состава газовой среды, для твердых – от тонины помола и вибрирования массы.

Вибрирование массы и введение в нее поверхностно-активных добавок является факторами управляемого воздействия на кинетику газовыделения и реологических свойств массы. В системах на минеральных вяжущих гидратационного твердения и в полимерных системах вибрационное вспучивание в сочетании с ПАВ интенсифицирует процессы газовыделения на поверхности газообразователя, ускоряя окончание этого процесса на крупных частицах. Все это происходит на стадии оптимальных пластично-вязких свойств смеси, что обеспечивает образование замкнутых пор. В процессе вибрации создаются равные условия для отторжения частиц алюминиевой пудры с поверхности растущих газовых пор, как только они достигнут определенного размера. По окончании вибрации резко возрастают предельное напряжение сдвига и вязкость массы, передвижение газовых пузырьков становится невозможным, увеличивается объем газовой фазы, снижается средняя плотность. ПАВ обладают пластифицирующим эффектом, повышает смачиваемость газообразователя, его однородность распределения в массе.

К способу газообразования относится вспучивание вермикулита, хотя процесс поризации несколько отличается, тем, что вспучивание происходит непосредственно из твердого состояния путем расслоения материала по плоскостям спайности и раздвижки слюдяных слоев.

Пенообразование – способ, применяемый для увеличения пористости за счет введения в формовочную массу заранее приготовленной мены в виде замкнутых мельчайших пленочных сферических оболочек, которые наполнены воздухом. Ячеистая структура закрепляется в процессе отвердения. Пену получают с помощью пенообразователей. В основе лежит способность поверхностно-активных веществ сорбироваться на поверхности раздела жидкость-воздух и резко снижать поверхностное натяжение на границе раздела. При растворении в воде ПАВ вследствие полярности молекул ориентированно адсорбируются на поверхности раздела фаз, повышая вязкость и механическую прочность поверхностных слоев и пленок. С повышением концентрации ПАВ поверхностное натяжение раствора падает до некоторого наименьшего значения, оставаясь в дальнейшем практически постоянным.

Максимальная стабильность пены наблюдается при насыщении адсорбционных слоев. В процессе пенообразования и «жизни» пены можно выделить три периода. В первый период при незначительном содержании в массе воздуха пузырьки пены отделены один от другого толстыми пленками жидкости и могут свободно перекатываться; это более или менее вязкие, но текучие системы. На этой стадии пена обладает сходством с обычной концентрированной эмульсией. Во второй период, связанный с насыщением системы воздухом, пузырьки теряют свободу перемещения, превращаясь в полиэдрические ячейки, разделенные тонкими, несколько изогнутыми пленками жидкости: наблюдается значительное преобладание дисперсной фазы над дисперсной средой: в этот период пена подобна желатинизированной эмульсии, устойчивость ее характеризуется механической прочностью остова, образованного из пленок дисперсионной среды. Третий период – коалесценсия – соответствует довольно быстрому распаду и превращению пены в две объемные фазы (жидкость-воздух) с минимальной поверхностью раздела.

Рассмотренные пены относятся к двухфазным и называются пустыми или «чистыми». Их смешивают со строительными растворами, в результате чего и получают пеноматериал.

С увеличением воздушных пор утолщаются перегородки. В результате снижается их устойчивость: происходит истечение жидкости из разделяющей пузырьки пленки – синерезис пены. Развитие этого процесса приводит к разрушению пены. Для замедления или ликвидации синерезиса в пены вводят различные стабилизаторы.

Пенообразователи, применяемые в производстве теплоизоляционных материалов должны обладать рядом специфических свойств: ПАВ – должно при небольших концентрациях резко снижать поверхностное натяжение на поверхности раздела фаз вода-воздух; сохранять пеностойкость в водных вытяжках вяжущего и в условиях активной минерализации; не вызывать заметного удлинения сроков твердения или полимеризации, а также снижения прочности минеральных и полимерных изделий.

Кроме того, пенообразователь должен характеризоваться постоянством состава и свойств и не изменяться при транспортировании и хранении, должен быть недефицитным и дешевым, не иметь неприятного запаха и не быть токсичным.

В технологии теплоизоляционных пеноматериалов использовали пенообразователи на основе природных органических продуктов. К ним относится сапониновый – продукт экстрагирования сапонина из некоторых продуктов, называемых сапониноносами (например, мыльный корень); клееканифоль – продукт многоступенчатой переработки канифоли и столярного клея, который выполняет роль стабилизатора; гидролизованная кровь – пенообразователь, получаемый путем гидролиза, нейтрализации и закрепления свернувшейся крови, получаемой на бойнях, последовательно щелочью, хлористым аммонием и железным купоросом.

Применение пенообразователей на основе природных материалов сокращено в связи с ограниченностью сырьевой базы, сложностью процесса их приготовления и т.д. Поэтому сейчас в качестве пенообразователя используют больше синтетические поверхностно-активные вещества – продукты нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Как правило, это вещества анионактивного класса, применяемые в производстве моющих средств. К ним относятся: сульфанолы, вещество «Прогресс», пенообразователь ПО-1 и др. модификации. Пенообразующая способность катионовых и неионогенных ПАВ, как правило, ниже, чем у анионактивных.

Получаемая способом пенообразования ячеистая структура характеризуется высокой замкнутостью пор, плотной и гладкой их внутренней поверхностью, равномерной пористостью по объему материала, примерно одинаковой по сечению толщиной межпоровых перегородок.

Традиционный способ пенообразования в производстве теплоизоляционных материалов – трехстадийный – и включает следующие этапы: приготовление из водных растворов ПАВ устойчивых технических пен («чистых» пен); приготовление жидкотекучих минеральных или полимерных композиций, образующих твердую фазу (остов) теплоизоляционного материала; смешивание пены и композиции до получения пеномассы заданной пористости. Из готовой пеномассы формуют изделия.

Получать пены, как и другие дисперсные системы, можно двумя способами: диспергационным и конденсационным. При диспергационном способе пена образуется в результате интенсивного совместного диспергирования пенообразующего раствора и воздуха. Технологически это осуществляется при прохождении струи газа через слой жидкости; при действии движущихся устройств на жидкость в атмосфере газа или при действии движущейся жидкости на преграду; при эжектировании воздуха движущейся струей раствора (в пеногенераторах).

Конденсационный способ образования пен основан на изменении параметров физического состояния системы, приводящих к пересыщению раствора газом. К этому же способу относится образование пен в результате химических реакций и микробиологических процессов, сопровождающихся выделением газообразных продуктов. Это происходит при создании пониженного давления в аппаратах с раствором, при повышении температуры раствора (при выпаривании, дистилляции), при введении в раствор веществ уменьшающих растворимость газов. Этот способ используют при получении пены для приготовления вспененных масс.

Воздухововлечение (относится к вспучиванию). Этот способ основан на вовлечении заданного объема воздуха в процессе приготовления массы, содержащей ПАВ. Этот способ характеризуется простотой технологического процесса (одностадийная поризация); возможностью с высокой точностью регулировать среднюю плотность получаемого поризованного материала в широком интервале значений; малой дефектностью поровой структуры и отсутствием трещин и «дырок формования» в межпоровых перегородках; отсутствием «горбушки» и операций по ее удалению и переработке.

Процесс насыщения концентрированных минеральных и полимерных суспензий воздухом детально не выяснен до сих пор. Он связан с изменениями на границе раздела фаз при введении ПАВ. Они самопроизвольно накапливаются на границе раздела фаз, обеспечивая понижение поверхностного натяжения.

При аэрировании (воздухововлечении) одновременно происходят два процесса: вовлечение воздуха в систему и выход его наружу при недостаточной удерживающей способности массы. Вовлечение воздуха в смесь из пространства над ее поверхностью осуществляется вследствие образования воздушных щелей лопастями смесителя. Вероятность возникновения щели и ее объем зависят, прежде всего, от скорости вхождения лопасти в систему и размера лопасти. В ходе образования «воздушного следа» гидростатическая сила сообщает смеси ускорение, направленное внутрь щели. Кинетика последующего разобщения щелей на множество мелких пузырьков зависит от интенсивности перемешивания и реологических характеристик массы. Вовлеченные в смесь воздушные пузырьки под действием поверхностного натяжения испытывают разрушающие усилия и лопаются в результате утоньшения стенок.

Введение ПАВ снижает поверхностное натяжение и тем самым уменьшает разрушающее усилие, при этом повышается вероятность устойчивого существования воздушного пузырька в массе. В вязкой жидкости пузырек всплывает долго, и под действием перемешивания пузырьки будут перемещаться вглубь массы, равномерно насыщая ее воздухом. Предельное напряжение сдвига системы обеспечивает стабильное содержание воздушных пузырьков в массе, максимальный диаметр которых пропорционален этому напряжению.

Регулирование объема вовлеченного воздуха и характеристик пористости осуществляется за счет факторов: выбора ПАВ и его дозировки, регулирования реологических свойств массы, изменение гидродинамических условий перемешивания. Выбирать ПАВ следует с учетом pH массы, ее дисперсности, предельных значений поризации, кинетики набора структурной прочности массы.

В качестве воздухововлекающих добавок (ВВД) в технологии теплоизоляционных материалов используют синтетические ПАВ из группы нефтяных сульфокислот (ПО-1), триэтаноламиновую соль лаурилсульфата («Эффект»), комплексные ПАВ (смесь алкилбензолсульфокислот, синтетических жирных кислот, эфиров вторичных спиртов). Это ВВД – анионного класса. Целесообразно вводить ВВД на стадии подготовки компонентов, в этом случае до 20% воздуха вовлекается в шлам в процессе его приготовления.

Способ аэрирования открывает широкие возможности направленного регулирования характеристик пористой структуры материала с помощью приемов основанных на регулировании скорости вращения смесительного вала; на изменение площади поверхности лопасти, путем ее поворота относительно оси вала или путем изменения объема (высоты) загрузки смесителя массой; на применении мешалок с несколькими смесительными валами, вращающимися с различной скоростью.

Повышенное водозатворение (относится к способам удаления порообразователя). Этот способ, отличающийся простотой выполнения, - один из старейших в производстве строительных и теплоизоляционных материалов. Он основан на использовании в составе массы компонентов с высокой водоудерживающей способностью, введении в массу больших объемов воды и испарении ее после создания несущего каркаса.

Образующийся каркас препятствует большой усадке материала при удалении воды, в результате чего формируется воздушная пористость.

Большие объемы воды удерживаются массой за счет сорбционных и капиллярных сил. Этот вид связи относится к слабым механическим взаимодействиям воды с твердыми телами, и такая механически связанная вода начинает интенсивно испаряться при 70-90ºС.

Как правило, 1 л воды затворения обеспечивает образование 0.8-0.92 л воздушной пористости. Подбор и подготовка компонентов с высокой водоудерживающей способностью сводится к выбору материалов по их сорбционной способности и технико-экономическим показателям и тонкодисперсной подготовке этих материалов, чтобы увеличить их сорбционную поверхность. Наиболее широко используют распушенный асбест, тонкодисперсный бентонит, известь. Эффективный прием удержания в массе большого количества воды затворения – использование в качестве вяжущего в теплоизоляционных материалах и водорастворимых полимерных веществ, таких, как крахмал (1.5-3%-ный водный раствор), карбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ), оксиэтилцеллюлоза и др.

Для создания каркаса используют волокнистые и зернистые каркасообразующие компоненты, подбирая такое их объемное наполнение, которое препятствует существенной усадке или используют тонкодисперсные быстросхватывающиеся вяжущие, обеспечивающие формирование каркаса до начала испарения влаги. Способ высокого водозатворения широко используют при производстве теплоизоляционных и акустических изделий из волокнистых материалов: древесно-волокнистых плит (содержание твердой фазы в массе до 2%); жестких минераловатных плит (твердой фазы 15%); декоративно-акустических минераловатных изделий, торфоплит (твердой фазы 3-6%), асбестосодержащих и других эффективных изделий.

Вода удаляется частично при формовании изделий или заготовок (прессованием, вакуумированием, отжимом) и окончательно при сушке. Характер формируемой пористости определяется в основном видом каркасообразующего материала. В волокнистых системах образуется волокнистая структура, в монолитных смесях из зернистых материалов создаются смешанные структуры, пронизанные сетью капиллярных пор. Пористость этого типа характеризуется большим водопоглощением, в том числе капиллярным подсосом, что резко ухудшает эксплуатационные свойства теплоизоляции.

Реологические свойства пластично-вязких систем и их влияние на образование пористой структуры

Из приведенных выше направлений производства теплоизоляции все, кроме волокнистой структуры, основываются на использовании пластично-вязких композиций и материалов.

Обычно применяют дисперсные системы в виде высококонцентрированных или сильно разбавленных минеральных и полимерных водных суспензий, а также материалы в пиропластичном состоянии. Реологические свойства таких пластично-вязких систем описываются комплексом показателей: вязкостью, пределом текучести и др.

Сравнение вязких свойств жидкостей и дисперсных систем показывает значительное отличие между ними. Пластично вязкие дисперсные системы по механическим свойствам занимают промежуточное положение между твердыми телами и жидкостями, характеризуясь одновременно прочностью при сдвиге и текучестью после разрушения структуры. Такие системы по механическим свойствам в зависимости от предела текучести при сдвиге и вязкости делятся на нормально-вязкие, аномально-вязкие и пластичные дисперсные системы. К нормально-вязким дисперсиям относятся системы, у которых не обнаружено измеримого предельного напряжения сдвига и отсутствует структурная вязкость (ведут себя как истинные жидкости). Аномально-вязкие системы не обнаруживают прочности структуры при сдвиге, но при низких давлениях имеют структурную область на кривой течения. К аномально-вязким дисперсным системам относятся многие коллоидные растворы и суспензии невысокой концентрации. Пластичные дисперсные системы характеризуются пределом текучести при сдвиге. При напряжениях ниже предела текучести они испытывают только упругие деформации, а за пределом текучести обнаруживают остаточные (пластичные) деформации. К таким системам принадлежат высококонцентрированные суспензии.

Композиции, используемые в технологии теплоизоляционных материалов, в зависимости от концентрации могут по своим механическим свойствам относится к любому из этих классов. На практике чаще всего используют смеси, представляющие собой пластично-вязкие и аномально-вязкие системы.

Теория пластичности дисперсных систем, принятая в настоящее время, базируется на модели твердого пластично-вязкого тела. В модели твердого пластично-вязкого тела «обобщены» свойства абсолютно твердого тела и истинной жидкости. У пластичных дисперсных систем в связи с тиксотропией можно различать два предела текучести: динамическое предельное напряжение сдвига τ0 определяемое непосредственно после перемешивания смеси при мгновенном приложении усилия и статическое предельное напряжение сдвига, являющееся в отличие от τ0 для данной системы величиной переменной, зависящей от времени ее выдерживания в состоянии покоя. Реологические свойства пластично-вязкого тела, характеризуются двумя физическими постоянными: пластической вязкостью и предельным напряжением сдвига.

Реологические свойства минеральных композиций и способы их регулирования

Минеральные композиции в технологии теплоизоляционных материалов представляют собой водные коллоидные растворы или водные суспензии. Эти двух- и многокомпонентные смеси можно рассматривать как трехфазную систему, содержащую твердые частицы с адсорбированной пленочной водой, «жидкую» воду и воздух. Механические свойства смесей в основном зависят от объемного соотношения фаз, практически решающее значение имеет количество воды затворения. Значение предельного напряжения сдвига при переходе от разбавленных к высококонцентрированным суспензиям может измениться от нуля до значительных величин, т.е. τ0 оказывается функцией концентрации системы. Объясняется это особыми свойствами воды.

Пластичность дисперсных систем типа концентрированных суспензий обуславливается наличием на твердых частицах дисперсной среды тонких адсорбционных пленок воды. Чем больше избыток воды, тем меньшим предельным напряжением сдвига и значением структурной вязкости будет характеризоваться раствор. Это хорошо иллюстрируется механической моделью – аналогией пластично-вязкого тела. Избыток воды служит с одной стороны смазкой между грузом и столом, понижая тем самым предел текучести, с другой – уменьшает вязкость жидкости (например, глицерина), в которой двигается поршень, а тем самым и вязкое сопротивление сдвигу. Избыток воды в растворе не обеспечивает оптимальных соотношений между двумя основными физическими постоянными, характеризующими такую систему, не говоря уже о том, что избыток воды ухудшает многие технологические свойства масс, экономические и строительно-эксплуатационные показатели теплоизоляционных изделий. Резкое снижение предельного напряжения сдвига при незначительном изменении вязкости может быть достигнуто разрушением структуры тонкодисперсной суспензии, содержащей незначительное количество воды, внешними динамическими воздействиями. Хорошо известным и наиболее распространенным приемом разрушения структурных связей является вибрирование дисперсных систем.

Если действие вибрации иллюстрировать механической моделью – аналогией пластично-вязкого тела, то можно проследить следующее. При приложении вибрации к столу установленный на нем груз при ускорении, обеспечивающим преодоление его массы, будет отбрасываться вверх. Отделяясь на короткие промежутки времени от поверхности стола, груз получает в эти мгновения возможность свободно двигаться в горизонтальной плоскости. Таким образом, резко уменьшаются значения предельного напряжения сдвига. При этом возможная скорость перемещения груза в каких-то конечных пределах определяется ускорением, приложенным к столу.

Вместе с тем сопротивление, которое оказывает жидкость движению поршня при приложении вибрации, остается почти без изменений, т.е. вязкость системы понижается незначительно.

Таким образом, вибрирование концентрированных суспензий дает возможность направленно изменять их реологические характеристики. Большое влияние при этом оказывают интенсивность вибрационных воздействий и их характер: амплитуда, частота и направленность вибрации, место приложения вибровоздействий к массе, длительность вибрации.

Эффективно регулирование реологических свойств композиции с помощью поверхностно-активных веществ. Влияет на реологические свойств композиций и температура. С одной стороны, повышение температуры приводит к уменьшению поверхности натяжения и вязкости воды, что должно снижать предельное напряжение сдвига и пластическую вязкость композиций; с другой стороны с ростом температуры резко ускоряется гидролиз и гидратация минеральных вяжущих, увеличивается скорость коллоидации различных тонкодисперсных систем, что приводит к значительному возрастанию реологических показателей.

Ячеистые бетоны

Ячеистые бетоны. Искусственный пористый материал на основе минеральных вяжущих и кремнеземистого компонента, содержит равномерно распределенные поры трех видов: ячеистые, капиллярные и гелиевые.

Теплоизоляционные ячеистые бетоны предназначены для строительной теплоизоляции: утепления по железобетонным плитам покрытий и чердачных перекрытий, в качестве теплоизоляционного слоя многослойных стеновых конструкций различного назначения. Применяют также теплоизоляционные ячеистые бетоны для теплозащиты поверхностей оборудования и трубопроводов при температуре до 400ºС; жаростойкие ячеистые бетоны для теплоизоляции оборудования с температурой поверхности до 700ºС.

Классифицируют ячеистые бетоны по следующим основным признакам:

1.По функциональному назначению. Выделяют при вида ячеистого бетона: теплоизоляционный, теплоизоляционно-конструкционный (для ограждающих конструкций), конструкционный. Рассмотрим только теплоизоляционный ячеистый бетон.

2.По способу поризации. Различают три способа создания пористой структуры ячеистых бетонов: газообразование (газобетоны, газосиликаты), пенообразование, аэрирование.

3.По виду вяжущего вещества. В технологии ячеистых бетонов в качестве вяжущего применяют в основном цементы и известь, реже гипс.

Активные добавки. К этим материалам относятся отходы промышленности и некоторые горные породы (в основном искусственные и природные стекла), содержащие оксиды натрия, кальция, магния, алюминия, железа и кремния. Наиболее широко из этой группы материалов используют металлургические шлаки, отходя глиноземного производства, перлиты. Исходя из вида вяжущего и способа поризации, ячеистые бетоны называют: на цементе – газобетоны, пенобетоны; на извести – газосиликаты, пеносиликаты; на шлаке – газошлакобетоны, пеношлакобетоны и т.д.

4.По виду кремнеземистого компонента. Наиболее широко при производстве ячеистых бетонов используют кварцевый песок. В качестве кремнеземистого компонента применяют также золу-унос. Вид кремнеземистого компонента входит составной частью в название ячеистого бетона. Например, при использовании золы применяют следующие названия: газозолобетон, газозолосиликат.

5.По способу твердения. Ячеистые бетоны делятся на два класса: неавтоклавные или безавтоклавные, предусматривающие пропаривание или электропрогрев при нормальном давлении и автоклавные, которые твердеют при повышенных температуре и давлении, например, пропаренный газосиликат и т.д.

Объем производства ячеистого бетона во всем мире непрерывно возрастает. По себестоимости это один из самых дешевых видов строительной теплоизоляции (около 13 рублей за 1 м³).

Основной объем производства теплоизоляционного ячеистого бетона приходится на газосиликат (62%)

Физико-механические свойства ячеистого бетона

Средняя плотность ячеистого бетона определяется плотностью межпорового материала (силикатного камня в бетоне) и общем объеме пустот, образовавшихся в результате воздухововлечения, искусственной поризации массы и испарения воды затворения.

Плотность силикатного камня бетона меняется в зависимости от применяемых сырьевых материалов. Для ячеистых бетонов на золе ρ=2000-2100 кг/м³, а на кварцевом песке ρ=2600-2650 кг/м³.

Специфика пористой структуры предопределяет анизотропию основных свойств ячеистого бетона. Прочность ячеистого бетона, подвергнутого испытанию нагрузкой, приложенной перпендикулярно направлению вспучивания, как правило, на 15-20% выше предела прочности образцов, испытанных нагрузкой приложенной параллельно направлению вспучивания. Поэтому испытания образцов ячеистого бетона проводятся в положении, соответствующем работе изделия в конструкции. Для оценки качества ячеистых бетонов в практике используют коэффициент конструктивного качества. Прочность ячеистых бетонов в значительной мере зависит от содержания в них влаги. В зависимости от применяемой технологии (литьевой или комплексной вибрационной) влажность ячеистого бетона после автоклавной обработки колеблется в пределах 15-35% по массе. Через 1.5-2 года эксплуатации в нормальных условиях в ячеистых бетонах устанавливается равновесная влажность, равная 6-9% для изделий на кварцевом песке и 10-15% на золе-уносе.

Влажность ячеистого бетона существенно влияет на его теплопроводность. Величина прироста теплопроводности ячеистого бетона на каждый процент влажности равна в среднем 7-8.5%. Решающим фактором снижения теплопроводности ячеистого бетона является повышение общей пористости. Так снижение средней плотности на 100 кг/м³ приводит к уменьшению теплопроводности на 20%.

Морозостойкость ячеистых бетонов, как правило, превышает 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Существенное влияние на морозостойкость ячеистых бетонов оказывает структура силикатного камня и вид применяемого вяжущего. В частности, ячеистые бетоны на цементе характеризуются более высокой морозостойкостью, чем газосиликаты. Некоторые ячеистые бетоны выдерживают более 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

В эксплуатационных условиях при снижении влажности окружающей среды наблюдается уменьшение линейных размеров изделий – влажностная усадка. Деформации влажности усадки ячеистого бетона обусловлена главным образом действием капиллярных сил и испарением межкристаллической воды силикатного камня. Эти бетоны обладают также высокими акустическими свойствами: звукопоглощающей звукоизолирующей способностью, а также высокой огнестойкостью. Огнестойкость ячеистых бетонов превышает огнестойкость тяжелых цементных бетонов.

Технология теплоизоляционного ячеистого бетона

Производство теплоизоляционного ячеистого бетона включает следующие технологические переделы: подготовку сырьевых материалов, приготовления ячеистобетонной смеси, формование изделий и тепловлажностную обработку

Чтобы обеспечить повышенную устойчивость поризованной массы используют тонкодисперсные композиции. Тонкому измельчению подвергается кремнеземистый компонент и известь. Цемент и алюминиевая пудра, дисперсность которых велика, помолу не подвергаются.

СХЕМА 1

Применяют два способа подготовки сырьевых материалов:

  1. мокрый помол основной массы кремнеземистого компонента (песка) и сухой помол известково-песчаного вяжущего. Содержание воды в песчаном шламе поддерживается на уровне, обеспечивающем хорошую текучесть суспензии.

  2. совместный сухой помол компонентов сырьевой шихты – извести, цемента и песка при влажности последнего не выше 2% по массе.

Совместный помол активизирует цемент и обеспечивает повышенную однородность смеси. Как мокрый, так и сухой помол должен производиться в присутствии ПАВ, что интенсифицирует измельчение, предотвращает слипание частиц, уменьшает намол металла. Дозировка ПАВ – 0.1-0.25% массы сухих компонентов.

Приготовление ячеистобетонной смеси

Способы приготовления формовочных масс зависят от принятой технологии (литьевой или вибрационной) и вида выделяемого порообразователя. При газобетонной технологии приготовление смеси включает дозирование и смешивание всех компонентов до получения однородного раствора с заданными технологическими свойствами. Поризация раствора происходит на стадии формования изделия. При пенобетонной технологии получают готовую поризованную массу. Приготовление формовочной газобетонной смеси состоит в следующем. Отдозированные компоненты ячеисто-бетонной смеси загружаются в вертикальный самоходный газобетоносмеситель вместимостью 5 м³ при включенном перемешивающем механизме в такой последовательности: песчаный или зольный шлам, вода, вяжущее и газообразователь в виде суспензии. Добавки – гипс, жидкое стекло, ПАВ и др. – вводятся в газобетоносмеситель совместно с вяжущим.

Продолжительность перемешивания составляющих до загрузки газообразователя 3-5 мин. после загрузки газообразователя перемешивание осуществляется в течение 1-3 мин. во время перемещения газобетоносмесителя к формовочному посту. При вибрационной технологии перемешивание осуществляется в процессе вибрации корпуса смесителя – виброгазобетономешалки.

При изготовлении смеси для пенобетона в смеситель с готовым раствором подается пена, которую получают в специальном пеновзбивателе. Приготовление формовочных масс для газобетона предусматривает подогрев шлама, и воды до 40-50ºС для достижения температуры смеси не ниже 35ºС, это интенсифицирует газообразование.

Формование ячеистобетонных изделий из газобетона и пенобетона выполняется по-разному. При газобетонной технологии ячеистобетонный раствор заливается в формы, в которых осуществляется вспучивание (поризация) до заданных значений средней плотности. При пенобетонной технологии смесь с заданными значениями пористости заливается в форме, причем в дальнейшем существенного изменения пористости не происходит.

Стадия формования – одна из важнейших операций в технологии газобетонных изделий. На этой стадии должно быть соблюдено основное условие получения поризованной массы с хорошо организованной пористостью. Кинетика газовыделения должна соответствовать изменению реологических свойств массы. При литьевой технологии вспучивание ячеистобетонной массы происходит в неподвижных формах в течение 25-50 мин., при вибровспучивании форму вибрируют в течение всего процесса газовыделения (3-6 мин.).

Средняя плотность газобетона при постоянной дозировке газообразователя зависит от газоудерживающей способности смеси, которая определяется изменением во времени ее структурно-механических характеристик. Если после газовыделения смесь не будет обладать определенной несущей способностью, произойдет ее осадка сопровождающаяся «ложным кипением» - прорывом газа из формуемого изделия. Для образующейся в этих условиях структуры ячеистого бетона характерны наличие пор неправильной формы, большое число сообщающихся пор, неоднородность распределения пористости. Если схватывание опережает газовыделение, то смесь затвердеет до того, как завершатся процессы газовыделения и заданная средняя плотность не будет достигнута, а межпоровые перегородки окажутся пронизанными трещинами. В результате снижаются эксплуатационные показатели материала. В связи с этим основным этапом в управлении процессами вспучивания и структурообразования газобетонных смесей является сбалансирование скоростей этих процессов, причем в начале газовыделения пластично-вязкие свойства массы должны возрастать медленно, а в конце – быстро.

Специальные технологические приемы позволяют активно воздействовать на процессы формирования структуры ячеистого бетона. Наиболее эффективно вибровспучивание.

Под воздействием вибрации происходит тиксотропное растяжение ячеистобетонной массы, обеспечивающее высокую степень гомогенизации смеси во время виброперемешивания и интенсивную поризацию на стадии вибровспучивания. Особо эффективна вибрация с добавками ПАВ.

После прекращения вибрационных воздействий быстро восстанавливаются разрушенные вибрацией структурные связи, и в результате резко возрастают пластическая прочность и несущая способность поризованной массы, исключается ее осадка. Применение вибрационной технологии позволяет значительно снизить водотвердое отношение, использовать грубодисперсные композиции, интенсифицировать технологический процесс изготовления ячеистого бетона. Снижение водотвердого отношения обеспечивает повышение плотности и прочности цементного камня, интенсификацию реакций газообразования и твердения, уменьшения затрат тепла на прогрев изделий в процессе твердения и их послеавтоклавной влажности, улучшение микропористой структуры материала и повышение его физико-технических свойств (снижение усадки, уменьшения водопоглощения, повышение морозостойкости).

Интенсификация технологического процесса при применении вибрации выражается в ускорении: процессов гомогенизации на стадии смешивания за счет оптимизации реологических свойств и вибрационного перемешивания частиц; газовыделения и вспучивания массы вследствие увеличения pH смеси, обнажения новых реакционных поверхностей на частицах алюминиевой пудры при вибрации, усиления диффузионных перемещений среды и газовых пузырьков; схватывание массы и приобретения массивами прочности, достаточной, для резки; тепловлажностного твердения массы из-за повышенной температуры массивов в момент начала тепловой обработки. Таким образом, применение комплексной вибрационной технологии обеспечивает интенсификацию производства, повышение качества и улучшение технико-экономических показателей ячеистого бетона.

Для получения теплоизоляционного ячеистого бетона низкой средней плотности эффективно прибегать к предварительной поризации смеси – так называемой газопенной технологии.

Предварительную поризацию осуществляют, аэрируя песчаный шлам на стадии мокрого помола песка в присутствии ПАВ или формовочную смесь с ПАВ на стадии приготовления ячеистобетонного раствора в смесительном агрегате.

Теплоизоляционные изделия из газобетонных смесей вспучиваются в металлических формах высотой до 600 мм; перед заливкой формы должны быть тщательно очищены, смазаны, собраны, стыки уплотнены, чтобы смесь не вытекала во время заливки.

Формы заливают ячеистобетонной смесью за один прием на высоту, обеспечивающую полное заполнение формы после вспучивания (высота залива составляет примерно /3).

Высоту заполнения формы ячеистобетонной смесью определяют по формуле:

h=1.2·h0·ρмр,

где h0 – высота формы, см;

ρмр – соответственно средние плотности ячеистобетонной массы и раствора кг/м³.

Чтобы вспучивание смеси протекало нормально, температура окружающей среды должна быть не ниже 20ºС.

При литьевой технологии применяют агрегатно-поточный метод формования. В этом случае формы устанавливают вдоль пути передвижения газобетономешалки, при этом обеспечиваются условия, предотвращаются какие-либо перемещения или сотрясение форм после заливки газобетонного раствора до затвердения вспучивания и схватывания ячеисто-бетонной смеси.

При вибрационной технологии используют стендовый или конвейерный принцип формования. Изделия из ячеистобетонных смесей формуются на специальном посту, оборудованном виброплощадкой. Металлические формы жестко фиксируются на виброплощадке. Вибрация начинается одновременно с началом заливки форм ячеистобетонной смесью и продолжается до окончания активного газовыделения – прекращения вспучивания смеси.

Назначение предавтоклавной обработки ячеистобетонных изделий – выравнивать открытую поверхность изделий в форме (удаление «горбушки») и разрезать массив (его примерные размеры 6х1.5х0.6 м) на изделия заданных габаритов. Горбушка срезается только с газобетонных изделиях, в пенобетонных она не образуется. Все эти операции выполняются на резательной машине с помощью металлических струн, совершающие возвратно-поступательные движения.

Тепловлажностная обработкаэффективных теплоизоляционных ячеистых бетонов осуществляется автоклавированием при давлении 0.9-1.3 МПа и температуре 175-192ºС в среде насыщенного или перегретого водяного пара в автоклавах диаметром 2; 2.6 или 3.6 м.

Автоклавная обработка проходит в три стадии. Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при достижении равенства температур теплоносителя и изделий по толщине. Начало второй стадии соответствует моменту выравнивания температуры изделий по его сечению. Решающие факторы, определяющие скорость прогрева изделий, - интенсивность давления пара на первой стадии, значение исходной температуры и влажности ячеистобетонной массы. Быстрый подъем давления в автоклаве, превышение температуры массива и снижение его влажности позволяет значительно сократить длительность первой стадии и всего цикла автоклавной обработки.

Начало второй стадии совпадает с максимальным развитием химических и физико-химических процессов, обуславливающих формирование структуры цементирующего вещества и интенсивный набор материалом прочности. Первоначально в результате избытка насыщенного раствора Са(ОН) и недостатка в растворе силикат-ионов (из-за медленного растворения кремнезема) образуются богатые известью двухосновные гидросиликаты кальция С2SH(А). В дальнейшем при полном связывании свободной Са(ОН)2 в высокоосновные гидросиликаты кальция процесс растворения кремнезема приводит к образованию низкоосновных гидросиликатов кальция типа СSH(В) и тобермарита. Формирование этих новообразований сопровождается интенсивным набором прочности.

Продолжительность второй стадии – изобаротермической выдержки – определяется дисперсностью, активностью и соотношением компонентов, водотвердым отношением, температурой обработки. Для третьей стадии показательно снижение температуры и давления. При этом интенсивно испаряется вода. Интенсивное парообразование, связанное со снижением давления пара в автоклаве, вызывает значительные напряжения, иногда превышающие прочность бетона, что приводит к образованию трещин. Для предотвращения трещинообразования при коротких режимах охлаждения применяют ступенчатый режим снижения давления пара в автоклаве.

Готовые изделия из теплоизоляционного ячеистого бетона должны быть упакованы в пакеты и храниться в помещениях с хорошей вентиляцией. Их следует также защищать от возможного увлажнения. Транспортировать изделия нужно в контейнерах, предохраняющих бетон от воздействия атмосферной влаги.

Перспективные направления повышения качества теплоизоляционных ячеистых бетонов.

Экспериментальные исследования показывают возможность дальнейшего снижения средней плотности ячеистого бетона. Поэтому совершенствование технологии должно вестись в сторону стабильного получения в заводских условиях изделий средней плотностью 180-200 кг/м³ с пределом прочности при сжатии 0.4-0.6 МПа и теплопроводностью 0.065-0.07 Вт/(мºС). Это позволяет уменьшить себестоимость изделий более чем на 40%.

Снижение средней плотности ячеистого бетона достигается путем формирования силикатного камня повышенной прочности и создания структуры порового пространства, характеризующейся равномерным распределением пор в объеме изделия и рациональным соотношением ячеистой и капиллярной пористости.

Основными технологическими направлениями повышения прочности силикатного камня являются:

- применение кремнеземистого компонента композиционного полифракционного состава, обеспечивающего снижение пустотности песка и соответственно расхода вяжущего при одновременном повышении плотности межпоровых перегородок;

- повышение однородности ячеистобетонной смеси в результате совместного помола ее твердых компонентов и применения, скоростных вибро- и гидродинамических смесителей;

- дисперсное армирование волокнистой добавкой;

- применение шлакощелочных вяжущих, искусственных или природных стекол, приобретающих в процессе автоклавной обработки в присутствии активизаторов твердения высокие прочностные показатели;

- предавтоклавное «вызревание» ячеистобетонных массивов в специальной камере (туннеле) при температуре 80-90ºС и относительной влажности воздуха не выше 75%, что обеспечивает равномерный прогрев массы и снижение ее влажности более чем в 2 раза.

Формирование высококачественной структуры порового пространства с общим объемом пористости более 90% достигается в результате:

- повышения однородности распределения алюминиевой пудры в ячеистобетонной смеси;

- предварительной поризации массы на стадиях мокрого помола кремнеземистого компонента или в смесителе при подготовке ячеистобетонной смеси в результате применения ПАВ воздухововлекающего типа;

- применения специальных газообразователей – гидрофильных (газопласт и газапенопласт), характеризующихся отсутствием эффекта «старения», хорошим распределением в ячеистобетонной массе, способствующих дополнительному воздухововлечению при перемешиванием ячеистобетонного раствора в смесителе;

- создания интенсивных внешних механических воздействий (вибрационных, колебательных, ударных, ультразвуковых и т.п.) на стадии вспучивания ячеистобетонной смеси.

На стадии автоклавного твердения целесообразны:

- запаривание при интенсивном подъеме температуры и давления предварительно разогретых и подсушенных ячеистобетонных массивов;

- сокращение режимов изобаротермической выдержки, что исключает деструктивные явления в результате рекристаллизации новообразований;

- быстрый ступенчатый сброс давления (1.5-2 ч.) на третьей стадии автоклавной обработки, что обеспечивает получение изделий с пониженной влажностью.

Улучшению экономических показателей производства теплоизоляционного бетона способствует применение пара пониженной температуры (142-151ºС) и давления (0.4-0.5 МПа), что снижает более чем на 50% расход пара и топлива и более чем в 2 раза повышает коэффициент загрузки автоклавов при использовании сосудов прямоугольной конфигурации, в том числе железобетонных.

Рис.1.

Ячеистое стекло

1. Пеностекло и изделия из него

Пеностекло представляет собой легкий пористый материал из стекла, в котором равномерно распределенные ячейки разделены тонкими стенками. Свое название оно получило благодаря внешнему виду, напоминающему застывшую пену.

Ячеистая структура стекла может быть получена разными способами:

- введением в состав шихты веществ, вызывающих обильное пенообразование в процессе варки стекла;

- вспениванием размягченного стекла под вакуумом;

- вспениванием измельченного стекла пенообразующими веществами на холоде с последующим фиксированием структуры спеканием частиц стекла (холодный способ);

- спеканием смеси порошкообразного стекла с газообразователем (порошковый способ).

В промышленных масштабах пеностекло получают порошковым способом.

Свойства пеностекла

Пористость. В зависимости от технологии производства, химического состава стекла и вида газообразователя пеностекло обладает открытой или закрытой пористостью (в основном закрытой). Из стекол с низкой температурой начала кристаллизации получается материал с сообщающейся пористостью. Во всех случаях предпочтительнее мелкая пористость. Объем пор в пеностекле колеблется от 80 до 95%. Помимо пор, разобщенных стекловидными стенками, в материале самих стенок содержатся мельчайшие микропоры.

Средняя плотность. Она может колебаться от 150 до 800 кг/м³ в зависимости от изменения температуры и продолжительности вспенивания, подбора газообразователя, степени дисперсности порошков стекла и газообразователя.

Прочность. Характерной особенностью пеностекла является его высокая прочность в сравнении с другими ячеистыми материалами, она объясняется высокой прочностью стекловидной фазы. Например, прочность пеностекла больше прочности ячеистого бетона, при одинаковой средней плотности приблизительно в 3 раза.

Водопоглощение. Пеностекло с закрытой пористостью характеризуется невысоким водопоглощением – от 1 до 10% (по объему). В основном вода адсорбируется в разрушенных ячейках поверхности стекла. Водопоглощение пеностекла с сообщающейся пористостью достигает 70-80% (по объему). Водостойкость пеностекла велика и определяется гидролитическим классом стекла. Гигроскопичность очень мала и исчисляется долями процента по объему.

Морозостойкость. Пеностекло является морозостойким материалом, если его поверхность защищена от увлажнения и, следовательно, от последующего деструктивного воздействия льда в поверхностных открытых порах.

Теплопроводность – низкая – 0,055-0,085 Вт/(мºС) в результате стеклообразного строения каркаса и малого размера пор.

Стойкость к действию высоких температур. Пеностекло негорючий материал, оно устойчиво к действию высоких температур вплоть до температуры размягчения. Обычное пеностекло можно применять в пределах 400-500ºС, бесщелочное стекло – до 600ºС, и высококремнеземистое – до 1000ºС.

Пеностекло характеризуется хорошими звукопоглощающими свойствами, высокой биостойкостью, легко поддается механической обработке, в него можно вбивать гвозди.

Сырьевые материалы

Для производства пеностекла используют стекло, сваренное из следующих исходных материалов: кварцевого песка, известняка, соды и сульфата. Можно также использовать отходы стекольного производства; бой оконного или тарного стекла; легкоплавкие горные породы, содержащие щелочи.

Сваренную в ванной печи стекломассу превращают в гранулы, для этого массу сливают на металлический конвейер и обильно орошают водой.

Отходы стекольного производства и бой стекла неоднородны по химическому составу, что затрудняет их переработку. Для снижения стоимости гранулята соду и глинозем можно заменять щелочесодержащими горными породами и отходами производства: нефелины, перлиты, андезиты, вулканические пеплы, легкоплавкие озерные глины, а также золы ТЭС и другие.

Химический состав стекла должен быть: SiO2 – 72-73%, CaO – 6-7%, MgO – 3-4%, Na2O – 14-16%, AL2O3 – 0.8-2%, SO3 – 0.4-0.5%.

В качестве газообразователей применяют вещества, выделяющие при нагревании газы: антрацит (1,5-2,0 % от массы), металлургический кокс 2-3%, ламповую сажу 0.2-0.5%, торфяной полукокс и мраморную крошку 1-1,5% и др. К ним предъявляются требования: температура выделения газа должна быть на 50-70ºС выше температуры размягчения стекольного порошка, равномерное выделение газа, недефицитность, нетоксичность, невысокая стоимость.

Выбор вида газообразователя зависит от температуры спекания и вязкости стекла, от характера пористости и окраски пеностекла.

Физико-химические основы порошкового способа производства пеностекла

Сущность порошкового способа заключается в следующем: шихту, состоящую из молотого стекла и газообразователя (0.5-3% от массы стекла) засыпают в формы, нагревают до вспенивая и охлаждают.

При нагревании сначала частицы стекла размягчаются. Для большинства стекол это происходит при температуре 600ºС. Вязкость массы в этот период велика. При дальнейшем нагревании начинается разложение газообразователя, а вязкость снижается.

Выделяющиеся газы образуют в стекломассе поры, диаметр которых постепенно возрастает, т.к. пленки стекла растягиваются под влиянием давления газы, и объем стекломассы значительно увеличивается. По достижении массы определенного объема температуру в печи снижают, чтобы прекратить разложение газообразователя и закрепить полученные объем и структуру. При резком возрастании вязкости с понижением температуры структура становится устойчивой. В процессе порообразования вся масса представляет собой пластичную вязкую систему, в которой равномерно распределен газообразователь, выделяющий газ и создающий устойчивую и равномерную пену стекла.

При образовании пены основное значение имеют вязкость жидкости и поверхностное натяжение на границе жидкость - газ. Вязкость противодействует разрыву пленки, а низкое поверхностное натяжение способствует ее утоньшению. При высоком поверхностном натяжении пена не образуется. Пенообразование при высокой вязкости стекломассы возможно лишь тогда, когда давление газовой фазы в состоянии вспенить стекломассу. Это давление может достигнуть 1,1 МПа (680º С). Вязкость и поверхностное натяжение зависят от химического состава стекла, давление газовой фазы зависит от вида газообразователя. Помимо химического состава стекла и вида газообразователя на структуру и на свойства пеностекла влияют следующие технологические факторы: тонкость помола стекла и количество газообразователя, температура и продолжительность вспенивания.

Чем меньше размер зерен спекаемого материала, тем лучше его качества. Применяют порошок, тонкость помола которого определяется полным прохождением через сито с 6400 отв/см², остаток на сите со 10000 отв/см² - 10%. Повышение количества газообразователя в известных пределах приводит к уменьшению средней плотности, но при этом увеличивается диаметр пор. При введении более 3-5% газообразователя получается пеностекло с неравномерной крупнопористой структурой из-за высоких давлений, развиваемых газовой фазой при нагревании.

Влияние температуры сказывается следующим образом: чем выше температура спекания, тем меньше средняя плотность. Это происходит вследствие снижения вязкости и более быстрого разложения газообразователя. Повышение температуры целесообразно до определенного предела, выше которого вязкость уменьшается настолько, что стенки пор прорываются и образуются крупные пустоты. Чем длительнее процесс вспенивания при одной и той же температуре, тем меньше средняя плотность пеностекла вследствие образования большого количества газовой фазы. Увеличивая продолжительность спекания при относительно низких температурах, можно получить те же результаты, что и при кратковременном спекании, но при более высоких температурах.

Технология производства пеностекла (порошковый способ)

Ее можно разбить на следующие этапы: варка стекла и подготовка стекольного гранулята, приготовление шихты, вспенивание при температуре 700-850ºС и отжиг, обработка и упаковка.

Варят стекло в ванных печах. До варки в печи сырьевые материалы предварительно обрабатывают. Сваренную стекломассу гранулируют, для чего через отверстия в выработочной части печи сливают ее на металлический конвейер, орошаемый водой. Рекомендуется обильное орошение, предотвращающее кристаллизацию.

Приготовление шихты заключается в следующем. Стекольный гранулят измельчают на щековых, молотковых дробилках до размеров 1-3 мм. Если используют газообразователь в кусках, то его тоже измельчают до зерен размером не более 1 мм. Затем осуществляют совместный помол и перемешивание стекла и газообразователя в шаровых двухкамерных мельницах непрерывного действия.

Если в качестве сырья используют бой и отходы стекольного производства, то эти материалы дробят в щековой дробилке, промывают в боемолке и сушат в барабане. После этого стекло измельчают в молотковой дробилке.

Чем меньше частицы стеклянного порошка, тем однороднее поры и тем они равномернее распределены в материале. При этом материал получается более прочным. Тонкость помола определяют остатком порошка при просеивании на сите с 10000 отв./см², остаток должен быть не более 10% от массы порошка. Производительность мельницы составляет 1200 кг/ч. Размалывать следует в мельницах с керамической или кремневой футеровкой и кремневыми мелющими телами во избежание загрязнения металлом.

Основная технологическая задача в производстве пеностекла – вспенивание стеклянной шихты, в результате чего материал приобретает ячеистое строение.

Вспенивание и обжиг можно вести по следующим схемам: получение пеностекла в формах из жаростойкого металла одно- и двухстадийным способами; получение пеностекла без форм конвейерным способом на металлических жаростойких поддонах или лентах.

При двухстадийном способе производства формы с шихтой поступают в печь вспенивания, где нагреваются до температуры 800ºС, необходимой до образования пористой структуры, и затем охлаждаются до 600ºС, чем достигается стабилизация пористой структуры. Продолжительность вспенивания 3 часа. Для вспенивания применяют формы из жаростойкого металла, состоящие из одинаковых полуформ. Нижняя полуформа имеет выдвижное днище, облегчающее извлечение блоков. Перед засыпкой шихты формы смазывают каолиновым составом, куда входят каолин, асбест, вода в соотношении 2:1:1 (по массе), во избежание прилипания блоков.

Вспенивание производят в туннельных печах муфельного или полумуфельного типа с подподовыми топками. Они имеют три зоны: подогрева, вспенивания и стабилизации.

Рис. 2. Технологическая двухстадийная схема производства пеностекла

Рис.3. Печь для вспенивания пеностекла: 1— вертикальные каналы,

2 - формы, 3 - ползуны, 4 - направляющие, 5- жаростойкие плиты,

6 - подовые топки, 7 -горелки

Отапливаются печи газом или жидким топливом. Формы 2 с шихтой, установленные в один ряд по высоте и в два или три по ширине, перемещаются на роликовом конвейере или на специальных ползунах по металлическим направляющим 4. По выходе форм из печи из них извлекают блоки, которые передают в печь обжига.

Отжиг блоков из пеностекла заключается в медленном охлаждении их от температуры спекания до температуры наружного воздуха. Благодаря этому объем блоков сокращается равномерно, что предохраняет их от возникновения внутренних напряжений, образующихся при быстром охлаждении. Блоки устанавливают на «ребро» на сетчатый конвейер и направляют в конвейерную печь длиной 30 м и шириной в свету 1,8 м. Разница температур вдоль блока в горизонтальном или вертикальном направлении не должна превышать 5-10ºС, что обеспечивается принудительной циркуляцией теплоносителя в вертикальном направлении. Обжигают до 250ºС в течение 11 часов.

При одностадийном способе производства формы, наполненные шихтой, устанавливают на вагонетки, и они поступают в туннельные печи, где проходят зоны вспенивания и обжига. Общее время вспенивания и обжига 21-22 ч. Температурный режим характеризуется быстрым подъемом температуры до800-830ºС, непродолжительной выдержкой ее при наивысших значениях и значительным периодом обжига пеностекла, который заключается в его медленном охлаждении. Благодаря отжигу происходит равномерное сокращение объема блоков, что предохраняет их от вредных напряжений и растрескивания. Основные показатели процесса вспенивания – температура и время – влияют на плотность получаемого пеностекла; чем выше температура и больше продолжительность процесса, тем ниже плотность. Меняя эти параметры, можно регулировать плотность и другие свойства пеностекла.

Конвейерный способ производства заключается в непрерывной подаче шихты на пластинчатый конвейер из жаростойких элементов, которые представляют собой поддоны, загнутые с двух концов. Поддоны соединены между собой встык и образуют желоб. По мере продвижения желоба в печи шихта нагревается, вспенивается и образует ленту пеностекла. Ровная поверхность ленты пеностекла создается прокаткой валиками. По выходе из печи вспенивания от ленты пеностекла дисковой пилой отрезают плиты заданных размеров. Плиты автоматически передаются в печь отжига.

Механическая обработка необходима для придания плитам точных размеров и ровной поверхности. Опиловка плит осуществляется – маятниковыми, каретными или другими дисковыми пилами. Плиты по толщине распиливают ленточными пилами. Опиловочные и шлифовальные станки оборудованы пылеотсасываемыми устройствами.

Как показал опыт двухстадийный способ производства более совершенный, чем одностадийный. Он позволяет получать пеностекло высокого качества при хороших технико-экономических показателях. Дальнейшее развитие производства должно идти по разработке непрерывных способов получения пеностекла.

В настоящее время расширение производства пеностекла сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью сырья.

Теплоизоляционное пеностекло – хороший теплоизоляционный материал для стен перекрытий различных строительных сооружений, а также для изоляции промышленных холодильников и технологического оборудования, работающего при отрицательных температурах, например хранилищ сжиженных газов.

2. Поризованные изделия на основе жидкого стекла

Теплоизоляционные материалы на основе вспученного жидкого стекла включают широкую гамму материалов, основным структурообразующим элементом которых являются продукты термического или химического вспучивания гидратированных растворимых стекол (гидратированных щелочных силикатов). Эти материалы могут быть классифицированы по следующим признакам: природе структурообразующих элементов изделий, принципу вспучивания, фракционному составу и эксплуатационным свойствам.

Различают вспученные жидкостекольные материалы, представляющие собой продукты вспучивания гидратированных растворимых стекол, и композиционные материалы, включающие гранулированное вспученное жидкое стекло и связующее. По природе вспучивания жидкостекольные материалы разделяются на термовспученные и вспученные в результате химического взаимодействия жидкого стекла со специальными веществами, вводимыми в сырьевую смесь. К термовспученным материалам относятся зернистые, а также обжиговые монолитные материалы. К вспученным химическим путем относят заливочные композиции, в которые вводят газообразующий компонент.

Зернистые материалы в зависимости от гранулометрического состава разделяются на крупнозернистый (называемый стеклопором) с размером зерен более 5 мм и мелкозернистый (силипор) – от 0,01 до 5 мм.

По отношению к воде различают неводостойкие материалы, эксплуатация которых возможна при относительной влажности воздуха на более 75%, и материалы повышенной водостойкости, способные выдерживать длительное воздействие воды. Композиционные материалы, изготовляемые на основе зернистых продуктов, в зависимости от степени заполнения межзерновой пустотности связующими веществами делятся на материалы с контактным и объемным омоноличиванием. Особой формой композиционных материалов являются сотопластовые материалы, представляющие собой сотопластовый каркас из бумаги или ткани, пропитанной специальными растворами и заполненный мелкодисперсным зерновым материалом из вспученного жидкого стекла, например силипором.

Первые экспериментальные исследования по получению теплоизоляционных материалов на основе вспученного жидкого стекла относятся к началу прошлого столетия. Уже в 1932-1937 гг. были предприняты попытки промышленного освоения их производства, однако лишь с начала 70-х годов они стали широко осваиваться отечественной и зарубежной промышленностью.

Распространенность сырьевой базы, простота технологии, низкие капиталовложения и энергозатраты, а также хорошие физико-механические свойства определяют высокую экономическую эффективность материалов на основе вспученного жидкого стекла и обеспечивают их широкое внедрение в различные области народного хозяйства.

Основные свойства

1. Пористость. Этим материалам свойственна ячеистая пористая структура; общая пористость в среднем составляет 98-99,6%.

Размер пор во вспученном продукте зависит от количества химически связанной воды и наличие добавок в исходном щелочном силикате: первые вызывают увеличение, а вторые уменьшение пор. Большое влияние на уменьшение размера пор оказывают активные по отношению к жидкого стеклу добавки (кислоты, кислые соли, спирты и др.)

Большинство веществ, вызывающих коагуляцию жидкого стекла или образование труднорастворимых силикатов, подавляет вспучивание жидкого стекла. При этом после термообработки материал имеет лишь гелевые поры, а их объем невелик. Медленный режим нагрева жидкого стекла или твердых гидратированных щелочных силикатов, также приводит к резкому уменьшению размера пор.

2. Средняя плотность материалов из вспученного жидкого стекла легко регулируется в широких пределах (10-200 кг/м³) изменением дозировки добавок в исходной композиции и условий вспучивания. При свободном вспучивании жидкого стекла без добавок можно получить такой сильно вспученный материал, что стенки пор будут давать цветную интерференцию, а средняя плотность будет равна 5-6 кг/м³.

Несколько большую среднюю плотность имеют гранулированные материалы. Процесс их вспучивания можно рассматривать как промежуточный между процессами свободного вспучивания и вспучивания в замкнутом объеме.

3.Теплопроводность не превышает при нормальных условиях 0,065 Вт/(мºС). С увеличением средней плотности и размера гранул теплопроводность несколько возрастает, с понижением температуры она уменьшается. Материалы на основе жидкого стекла обладают высокой огнестойкостью и температуростойкостью. Рабочая температура применения в среднем находится в пределах от -200 до +660ºС.

4. Механические свойства. Материалы из вспученного жидкого стекла (в частности, гранулированные) обладают определенной пластической деформацией. Так если керамзит или перлит хрупко разрушается по всему объему, то при сдавливании стеклопора разрушенными оказываются лишь верхние слои материала, соприкасающиеся с движущимся пуансоном.

5. Водопоглощение и гигроскопичность зависят от средней плотности и способа изготовления. Вспученные жидкостекольные материалы имеют повышенное водопоглощение из-за высокой пористости и тонких межпоровых перегородок. Однако оно лежит в пределах теплоизоляционных материалов и составляет 12-18% по объему, а водостойкость материалов ограничена.

Сорбционная влажность вспученных жидкостекольных материалов зависит от их пористости и относительной влажности воздуха и, как правило, не превышает 1% по объему.

Технология вспученных жидкостекольных материалов

Производство вспученных материалов включает следующие операции: приготовление смеси раствора жидкого стекла с технологическими добавками, частичная дегидратация полученной смеси, диспергирование (грануляция) смеси и вспучивание гранулята. Сырьем для производства вспученных жидкостекольных материалов служат натриевое жидкое стекло, тонкомолотое минеральные наполнители и специальные добавки.

Назначение тонкомолотых минеральных наполнителей – отощение жидкостекольной смеси, необходимое для достижения оптимальных реологических характеристик смеси и повышения прочности материала. Отощающими добавками служат разнообразные тонкомолотые минеральные наполнители: мел, известняковая мука, тальк, молотый песок, каолин, асбестовая пыль, золы. Специальные добавки предназначены для направленного регулирования эксплуатационных свойств материала. Специальные добавки в зависимости от эффекта, оказываемого или на свойства вспученных материалов, делятся на упрочняющие, гидрофобизирующие, повышающие водостойкость и вспучивание материала.

Сущность процесса изготовления большинства вспученных жидкостекольных материалов заключается в получении гранулированного полуфабриката (бисерного стеклопора) и последующего его низкотемпературного вспучивания.

В производстве силипора грануляция жидкостекольной смеси осуществляется путем распыления в башенной сушилке. В этом случае грануляция и вспучивание совмещаются в одной операции.

В процессе грануляции на поверхности частиц массы образуется слой кремнегеля, который в дальнейшем препятствует их слиянию и придает гранулам прочность. Влажный гранулят стеклопора направляется в сушильное устройство. Здесь бисерный стеклопор подсушивается, освобождаясь от поверхностной влаги, и подается на вспучивание в печь или в формы, направляемые в камерные или щелевые печи.

Вспучивание гранулята осуществляется за счет испарения содержащейся в жидком стекле связанной воды в момент перехода материала в пиропластическое состояние.

Низкая температура вспучивания жидкостекольных материалов (ниже 500ºС) положительно отличает их от всех известных минеральных обжиговых материалов. Для вспучивания пригодно оборудование, предназначенное для сушки различных строительных материалов.

Поскольку процесс изготовления большинства вспученных жидкостекольных материалов разделен на два основных этапа (изготовление бисерного стеклопора и последующего его вспучивания) промышленный выпуск удобно организовать по двухстадийной схеме.

Возможность получения заданного гранулометрического состава гранулированных материалов создают хорошие предпосылки к производству крупнопористых плитных изделий на их основе. Для производства таких изделий используют маловязкие связующие, хорошо смачивающие поверхность гранул. Процесс изготовления включает перемешивание гранул со связующим и формование изделий. Таким способом получают изделия из стеклопора на основе цементного, гипсового, битумного, жидкостекольного связующих, поливинилацетатной эмульсии и др.

После отверждения связующего получается легкий теплоизоляционный материал, характеризующийся прочностью не менее 0,15 МПа и средней плотностью в пределах 200 кг/м³, при этом расход связующего на 1 м³ изделий не превышает 30-60 кг.

Высокоэффективно омоноличивание стеклопора заливочными пенопластами.

Изделия на основе минеральных композиций

Стеклосиликат. Связующим при изготовлении стеклосиликата является жидкое стекло или его смесь со специальными добавками. Различают при разновидности этого материала.

Стеклосиликат первой разновидности относится к крупнопористым легким бетонам: это гранулы стеклопора, омоноличенные контактным способом щелочными силикатами. Стеклосиликат второй разновидности относится к группе омоноличенных наполненных материалов и назван обжиговым стеклосиликатом. Его технология предусматривает вспучивание жидкостекольной связки. Стеклосиликат третьей разновидности также относится к группе омоноличенных наполненных материалов. Формуют его путем заливки самовспенивающейся композиции, на основе жидкого стекла, отверждение которой происходит при нормальных температурах.

Стеклофосфогель является близким аналогом обжигового стеклосиликата. При его изготовлении используют смесь жидкого стекла, ортофосфорной кислоты и измельченного стеклопора. После приготовления смесь загружают, а формы, снабженные крышками, и подвергают термической обработке с крупными порами.

Стеклоцемент. Технология этого крупнопористого теплоизоляционного материала заключается в перемешивании гранул стеклопора с цементным молоком, естественном твердении и сушке изделий. Для изготовления стеклоцемента используют высокомарочные быстротвердеющие цементы (БТЦ, ОБТЦ), а также гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.

Изделия на основе полимерных связующих

В промышленности широко применяют вспученный стеклопор для изготовления наполненных пенопластов. Эффективность введения вспученного стеклопора в состав газонаполненных пластмасс заключается в повышении их прочностных показателей, уменьшении деформативности и усадочных явлений, повышение термической стойкости и, что особенно важно, огнестойкости, а также в большинстве случаев в уменьшении расхода полимерных компонентов связующих.

Стеклофенопласт ФСП изготавливают на основе фенолспиртов 50-85%-ной концентрации.

Стеклопенополиуретан. Наибольший технико-экономический эффект от введения стеклопора в заливочные пенопласты получают в производстве пенополиуретановых материалов.

Стеклокарбамид готовят на основе мочевиноформальдегидных смол (предпочтительно УМС). В отличие от заливочных пенопластов при его изготовлении вначале из смолы приготовляют пеномассу, которая затем заполняет межзерновые пустоты вспученного стеклопора.

Стеклобитум изготавливают из стеклопора и битумов марок БМ-IV или БМ-V. В отличие от перлитобитумных изделий стеклобитум характеризуется на 50% меньшим расходом битума.

Теплоизоляционные материалы из искусственного минерального волокна

В зависимости от вида сырья и способа производства искусственное минеральное волокно можно разделить на: минеральное волокно с температурой применения 600ºС (рядовое); стеклянное волокно с температурой применения 400ºС, высокотемпературостойкое и огнеупорное волокно с температурой применения соответственно до 1000ºС и выше.

Минеральное и стеклянное волокно получают переработкой силикатных расплавов. Продукт в виде бесформенной волокнистой массы получил название минеральной или стеклянной ваты в зависимости от химического состава силикатных расплавов. Стеклянная вата характеризуется более высоким содержанием SiO2 и наличием щелочей.

  1. Минеральная вата

Минеральная вата представляет собой рыхлый материал, состоящий из тонких волокон стекловидной структуры. Цвет минеральной ваты белый, светло-серый, зеленоватый, коричневый, темно-бурый. Высокие теплоизоляционные свойства минеральной ваты обусловлены наличием большого количества воздушных пор: пористость достигает 95-96%. Объем и размер пор зависят от степени уплотнения и диаметра волокон. Диаметр волокон ваты колеблется от 1 до 10 мкм. С увеличением диаметра волокна увеличивается теплопроводность, поэтому стандартом ограничен диаметр волокна – не более 8 мкм. Длина волокна колеблется от 2-3 мм до 20-30 см. Средний диаметр волокон и их длина зависят как от химического состава расплава, так и от ряда технологических факторов. Чем длиннее волокно, тем более упругими и прочными получаются изделия.

Помимо волокон вата содержит частицы расплава, невытянувшиеся в волокно. Эти включения получили название «корольки». Форма этих частиц в основном сферическая. Корольки повышают теплопроводность минеральной ваты, являясь «мостиками» передачи тепла.

Средняя плотность минеральной ваты зависит от среднего диаметра волокна, содержания корольков и степени уплотнения. При одинаковой удельной нагрузке (стандартная 0,002 МПа) средняя плотность возрастает с увеличением диаметра и содержания корольков. Стандартом предусмотрен выпуск ваты марок 75, 100, 125.

Водопоглощение минеральной ваты при погружении в воду очень велико – до 600%. Гигроскопичность колеблется от 0,.2 до 2%. С повышением кислотности состава снижается биостойкость ваты.

Температура спекания ваты 700-800º С, соответственно температура применения 600-700º С. Минеральная вата обладает огнезадерживающими свойствами благодаря негорючести и малой теплопроводности.

Теплопроводность зависит от диаметра волокна, средней плотности и содержания неволокнистых включений в вате. Увеличение диаметра волокна влечет за собой повышение теплопроводности. При увеличении диаметра волокна с 3 до 123 мкм теплопроводность растет на 10%.

Теплопроводность минеральной ваты не должна превышать:

при температуре:

25±5ºC – 0.045 Вт/мºС

125±5ºC – 0.064 Вт/мºС

300±5ºC – 0.105 Вт/мºС

С увлажнением этот показатель резко возрастает.

Технология производства минеральной ваты

Производство минеральной ваты независимо от типа плавильного агрегата и способа переработки силикатного расплава включает в себя следующие технологические операции: подготовку сырьевых материалов путем измельчения и его сортировку; плавление сырья и получение силикатного расплава; переработку расплава в волокно; осаждение минеральной ваты и формирование минераловатного ковра в камере волокно-осаждения.

Сырьевые материалы

Для производства минеральной ваты используют: шлаки, являющиеся отходами черной и цветной металлургии; природные силикатные и карбонатные горные породы; отходы промышленности (бой глиняного кирпича, горелые породы, пыль-унос цементного и керамзитового производства).

Доменные шлаки – наиболее распространенное сырье для производства минеральной ваты – используют как в твердом состоянии в виде щебня, так и в огненно-жидком состоянии. Шлаки представляют собой сплавы силикатов и алюмосиликатов следующего химического состава (%): SiO2 – 35-40; AL2O3 – 10-15; CaO – 35-45; MgO – 5-10; Fe2O3+FeO – 0,5.

Щебень из доменного шлака применяют для плавления в вагранках, огненно-жидкие шлаки – в шлакоприемных ванных печах.

Фосфорные, никелевые, медеплавильные шлаки, являющиеся отходами цветной металлургии, используют для плавления в вагранках.

Недостаток – высокое содержание СаО, что снижает устойчивость к действию воды, прочность, увеличивает пыление и слеживаемость минеральной ваты. Для уменьшения недостатков в силикатную шихту добавляют подкислители, содержащие повышенное количество SiO2 и AL2O3. Использование огненно-жидких шлаков снижает расход тепла на получение расплава, в связи с чем снижается стоимость минеральной ваты. Однако сложно корректировать состав шлаков.

Горные породы. К числу лучших видов горных пород для производства минеральной ваты относятся изверженные горные (базальты, диабазы, габбро), подобные им по химическому составу метаморфические и осадочные (мергели, доломиты, известняки) породы. Содержание оксидов в состпве горных пород колеблется в следующих пределах (%):SiO2 – 45-65; AL2O3 – 10-20; Fe2O3+FeO – 10-15; CaO – 5-15; MgO – 5-15; Na2O+K2O – 1-3.

Для получения силикатного расплава наиболее пригодны изверженные породы, отличающиеся высокой прочностью и равномерностью химического состава. Для плавления в ванных печах по своему химическому составу подходят осадочные породы.

Основным показателем, определяющим пригодность сырья для производства минеральной ваты служит модуль кислотности Мк, который представляет собой отношение суммы процентного содержания в сырье кислых окислов – кремнезема SiO2 и глинозема AI2O3 к сумме основных окислов – кальция СаО и магния MgO. Модуль кислотности минеральной ваты должен быть не менее 1,2, т.е

Мк=( SiO2+ AI2O3)/(СаО+ MgO)≥1,2

Так как в природе редко встречаются сырьевые материалы с необходимым химическим составом и модулем кислотности, то требуемый состав сырьевых материалов подбирают путем составления сырьевой смеси – шихты, состоящий их двух, иногда и нескольких компонентов.

Отходы керамического и силикатного производства широко используются в композиции с менее кислыми или основными компонентами (шлак, доломит, известняк и др.)

С повышением модуля кислотности увеличивается долговечность минеральной ваты и водостойкость. Водостойкость минеральной ваты характеризуется показателем рН; минеральная вата относится к высшей категории водостойкости при рН<5, первой категории при рН<7. Показатель рН гидролитической стойкости минеральной ваты повышается при увеличении содержания в ней кислых окислов SiO2 и AL2O3. Однако рост количества кислых компонентов приводит к увеличению вязкости, что снижает производительность труда и ухудшает условия волокнообразования.

Подготовка сырьевых материалов

В процесс подготовки сырьевых материалов входят следующие операции: получение определенного фракционного состава сырьевых компонентов и топлива путем дробления сырья и последующего рассева его на определенные фракции; составление рабочей шихты из сырья посредством автоматического весового дозирования каждого компонента сырья и топлива; загрузка порций шихты и топлива – рабочей колоши – в вагранку или только шихты в ванные печи (электродуговой). В стадии освоения находятся циклонные и конвейерные печи.

Для подогрева шлаков применяют специальные печи – шлакоприемники.

Рис. 4. Схема подготовки сырья при получении расплава в вагранке

Для плавления в вагранках применяют только кусковое сырье с размерами частиц 20-100 мм. При плавлении в ванных печах используют сырье с размером частиц до 5 мм.

Общие требования к сырью для вагранок – недопустимость фракций менее 20 мм, которые резко увеличивают аэродинамическое сопротивление столба шихты. Оптимальный размер кусков сырья зависит от вида сырья. Кроме гранулометрического состава важной характеристикой сырья является механическая прочность кусков, которая должна быть не менее 1,5 МПа.

Использование печи того или иного типа зависит в основном от вида сырья и наличия топливных и энергетических ресурсов. Сравнение плавильных агрегатов по тепловой эффективности показывает, что электродуговая печь – наиболее эффективный плавильный агрегат. Однако при ее применении резко увеличивается расход электроэнергии.

Рис. 5. Схема подготовки сырья при получении расплава в ванных печах

Наиболее широкое распространение в минераловатной промышленности получили вагранки.

Плавление сырья

Шахтная печь – вагранка

Широкое распространение вагранок объясняется высоким коэффициентом использования тепла от сжимаемого топлива, большой производительностью при небольших габаритах, простотой конструкции, незначительными капитальными затратами и простотой обслуживания.

Вагранки представляют собой шахтные плавильные печи непрерывного действия, теплообмен в которых происходит по принципу противотока. Сырье, загружаемое в верхнюю часть вагранки, опускается вниз, превращаясь при этом в расплав, а образовавшиеся в нижней части вагранки продукты горения поднимаются вверх, отдавая тепло расплавляемому материалу. Это вертикальная печь диаметром 1000, 1250 или 1400 мм, состоящая из двух основных частей – горновой и шахтной.

В горновой, нижней части вагранки происходит горение топлива и плавление сырья. Здесь развиваются наиболее высокие температуры, поэтому горновая часть защищена водяной рубашкой – ватержакетом (4). Выше ватержакета шихта защищена от воздействия высоких температур футеровкой из шамотного кирпича. Ватержакет представляет собой металлический цилиндр с двумя стенками, между которыми находится охлаждающая вагранку проточная вода, предохраняющая корпус вагранки от перегрева. Температура воды при выходе из ватержакета не должна превышать 70ºC. Низ ватержакета закрывается двухсекционным днищем (2), подвешенным на шарнирах.

Чтобы уменьшить расход воды, целесообразно применять оборотную систему: нагретая в рубашке вода подается в охладительные устройства или охладительные бассейны, и вновь используется в ватержакете. Перепад температуры поступающей и отходящий из водяной рубашки воды при оборотном охлаждении должен составлять не более 15-20ºC, а при прямоточном – 30-40ºC.

Вагранки бывают с испарительной системой охлаждения, позволяющий резко снизить расход воды. В этом случае следует использовать только химически очищенную воду. Испарительные системы охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. В испарительных системах допускается нагревание воды до температуры кипения (100ºC).

Воздух, необходимый для горения топлива, подается в вагранку через специальные устройства – фурмы (3), которые симметрично расположены по окружности вагранки в один – три ряда на определенной высоте, равной 0,5-0,8 диаметра вагранки от ее днища. Количество фурм диаметром 60-150 мм в каждом ряду составляет 8-16. Фурмы каждого ряда соединены между собой общим кольцевым коллектором (13) (фурменным поясом), через который воздух поступает по всему периметру вагранки.

Сортированные сырьевые материалы и кокс из расходных бункеров через весовые дозаторы подаются в загрузочное окно (6), расположенное в боковой стене вагранки. Высота рабочей зоны вагранки равна 4-5-ти ее диаметрам. Расход топлива (кокса) в вагранках составляет 18-20% массы сырья.

Нижнюю часть ватержакета, от оси нижнего ряда фурм до днища, называют горном. В горне накапливается жидкий расплав и происходит его гомогенизация по составу температур. Высота горна колеблется в пределах 600-750 мм.

Загруженные сверху сырье и топливо чередующимися слоями опускаются вниз, а образовавшиеся в нижней части вагранки продукты горения топлива – горячие газы – поднимаются вверх, передавая свое тепло верхним слоям материала.

Таким образом, сырье, опускаясь вниз вагранки, разогревается и превращается в расплав. Образовавшийся расплав вытекает из горна через летку (1) и по лотку направляется к узлу волокнообразования. Леткой называется отверстие диаметром 35-80 мм в водоохлаждаемом корпусе, вставляемом в специальный проем ватержакета.

На скорость плавления, производительность вагранки и температуру расплава влияет интенсивность дутья, которая определяется количеством воздуха на единицу площади за единицу времени и равна 40-110 м³/м²мин. Давление дутья зависит от высоты загрузки вагранки и фракционного состава сырья и кокса.

Рис 6. Вагранка для получения минерального расплава: 1 - летка, 2 - днище, 3 - фурмы, 4 - ватержакет. 5 - труба для отвода воды, 6 - загрузочное окно, 7 - искрогаситель, 8 - патрубок для сброса золы, 9 - шахта, 10 - люк для осмотра, 11 - компенсаторы, 12 - труба для подвода воды, 13 - воздушный коллектор; I - зона подогрева и сушки, II - зона плавления, III - зона перегрева

В верхней части вагранки находится искрогаситель (7) для улавливания уносимых газовым потоком искр и частиц пыли. Остывшие частицы скатываются к отверстию патрубка (8) и удаляются.

В зависимости от применяемого способа переработки минерального расплава вагранки устанавливают над уровнем пола на различной высоте (от 2000 до 3500 мм).

Плавление шихты в вагранке

Вагранку по высоте можно условно разделить на три зоны: зону подогрева и сушки сырья – I, зону плавления – II и зону перегрева (гомогенизации) расплава – III.

Зона подогрева и сушки I расположена между зоной плавления и верхним уровнем шихты. Здесь загружаемая холодная шихта подогревается за счет тепла отходящих продуктов горения топлива. В самой верхней части этой зоны при температуре 105-110ºC удаляется механически связанная влага. По мере опускания сырьевых компонентов при температуре 600-1000ºC и выше происходит термическое разложение сырья, если по химическому составу оно содержит карбонатные соединения, способные разрушаться. Если же сырье представляет собой материал, ранее прошедший термическую обработку (например, шлаки), то в этой зоне уже начинается частичное плавление шихты.

II зона – зона плавления, здесь при 1500-1800ºC сырье из твердого состояния переходит в жидкое. Образовавшийся расплав стекает по кускам раскаленного кокса в горн.

Отдельные компоненты сырьевой смеси плавятся неодновременно: легкоплавкие плавятся раньше, тугоплавкие – позднее, растворяясь в легкоплавких. Для ускорения процесса растворения тугоплавкого компонента размеры его кусков должны быть меньше, чем легкоплавкого.

III зона перегрева (гомогенизации) расплава расположена в нижней части вагранки до ее пода. В верхней части зоны III в присутствии кислорода осуществляется интенсивное горение кокса. Основной вид топлива, применяемый в вагранках, - литейный каменноугольный кокс, который обладает большой теплотой сгорания (28560-30240 кДж), высокой механической прочностью, малым содержанием летучих веществ и термической прочностью кусков. По назначению кокс подразделяют на литейный и доменный. В вагранках предпочтительнее литейный кокс, из-за его малой реакционной способности.

Обязательное условие нормальной работы вагранок – однородность кусков сырья и кокса и равномерная загрузка. Наиболее эффективно повышается производительность вагранки при интенсификации дутья, так как ускоряется горение кокса. Однако выше определенного предела потока воздуха снижается температура расплава, увеличивается его вязкость и производительность резко уменьшается.

Повышение расхода кокса способствует росту температуры расплава, но производительность после определенного предела снижается, оптимальный расход - 17-20% массы шихты. Температура расплава и производительность вагранки могут быть повышены при использовании подогретого до 400-500ºC дутья.

К недостаткам вагранок относятся: низкий коэффициент полезного использования тепла, высокие удельные затраты на топливо, плохое качество расплава и недостаточная стабильность струи расплава, неудовлетворительные санитарно- гигиенические условия эксплуатации, обусловленные применением кокса.

В то же время вагранки имеют большую производительность при небольших габаритах, просты по конструкции, требуют невысоких капитальных затрат, просты в обслуживании и ремонте, они могут быть остановлены в любое время и пущены в течение нескольких часов.

Совершенствование ваграночной плавки осуществляется в следующих основных направлениях: модернизация существующих вагранок; применение горячего дутья; создание вагранок, в которых в качестве топлива используется природный газ.

В настоящее время существуют коксогазовые и газовые вагранки, где кокс заменен на 20-30% или полностью природным газом. Это уменьшает расход дефицитного кокса, снижает затраты на тепловую энергию в 2-3 раза, обеспечивает санитарно-технические требования в производстве.

Ванные печи

Небольшие ванные печи используют для получения расплавов при производстве минеральной ваты. По своему устройству они похожи на ванные стеклоплавильные печи. Могут применяться все типы ванных печей: с подковообразным, продольным и поперечным направлением пламени. По способу использования тепла отходящих газов такие печи могут быть регенеративными и рекуперативными. Наибольшее распространение получили регенеративные печи с подковообразным направлением пламени. Для отапливания печей служит газообразное или жидкое топливо.

Ванная регенеративная печь для плавления сырья при производстве минеральной ваты состоит из плавильного бассейна (ванны), горелок (3), вертикальных воздушных регенераторов (2) и выработочной части – фидера (8). С целью подачи на переработку наиболее горячих слоев расплава дно фидера располагают выше дня бассейна.

Газоходы (1) устанавливаются для сброса отходящих газов и загрузчиков сырья. Форма бассейна варочной части (7) печи прямоугольная или суживающаяся к фидеру, глубина бассейна 500 мм.

В бассейн варочной части (7) загрузчиками или гидравлическими толкателями подается через специальные загрузочные окна (6), расположенные в боковых стенках, тщательно подготовленная шихта. В зависимости от производительности печи количество разгрузчиков с каждой стороны может быть от 1 до 4 шт. В плавильной камере установлены от 2 до 4 горелочных устройств, имеющих подковообразное направление пламени.

Рис. 7. Схема подготовки сырья при получении расплава в ванных печах

Рис. 8. Регенеративная ванная печь: 1 – газоход, 2 – регенератор, 3 - места установки горелочных устройств, 4 - свод печи, 5 - под печи,

6 - загрузочные окна, 7 - варочная часть, 5 - фидер, 9 - водоохлаждаемая летка

Полученный в варочной части силикатный расплав поступает в фидер (8). Форма фидера, как и в выработочной части – прямоугольная. Между камерой плавления и фидером выложен порог, служащий для предотвращения поступления в фидер нерасплавленных кусков сырья. Расплав из фидера выдается через водоохлаждаемую летку (9) при центробежно-валковом способе его переработки или через фильерные питатели при фильерном способе.

Перед леткой в своде фидера установлено горелочное устройство (3) для перегрева расплава и достижения его однородности. Дно бассейна (под 5) выложено из многошамотных брусьев, которые уложены на металлические полосы, расположенные на донных балках. Стены бассейнов печи и фидера, загрузочные отверстия, влеты горелок выполнены из бакора (огнеупорного материала с большим содержанием окиси циркония и глинозема) свод и верхнее строение печи и фидера – фасонного динаса.

Регенераторы (левый и правый) размещены в одном блоке перед торцевой стеной варочной части печи и соединены с ней горелками и шлаковиками для осаждения частиц уноса сырья. Насадка регенераторов, выполненная из шамота и высокоглиноземистого кирпича, работает периодически, сначала воспринимая (аккумулируя) тепло отходящих газов из печи, а затем отдавая это тепло потоку воздуха, подаваемому на горение топлива. Насадка регенераторов позволяет нагреть воздух до 1000 ºC.

Направление движения пламени в варочной части печи изменяется автоматически, через определенные промежутки времени и, таким образом, поочередно работает то правый, то левый регенераторы.

Рекуперативные ванные печи более экономичны, чем регенеративные, но требуют изменения высокожароупорных элементов.

Рекуператор – устройство для подогрева воздуха или газа, в котором тепло передается от горячих отходящих газов к нагреваемому воздуху через поверхность разделяющей стенки. Температура плавления достигает 1600ºC.

Ванные печи в теплотехническом и технологическом отношении более совершенны, чем вагранки. В этих печах тепло передается в основном лучеиспусканием (около 95%), что обеспечивает удовлетворительную управляемость процессом плавления и получения гомогенного расплава с необходимыми свойствами. Достоинством ванных печей является так же возможность применять дешевые виды топлива (природный газ, мазут) и отсутствие требований к прочности сырья, так как сырье загружают в печь в измельченном состоянии (с размером кусков 1-2 мм).

К недостаткам ванных печей следует отнести то, что они занимают в 4-5 раз больше производственной площади, чем вагранки, при одинаковой производительности; требуют энергоемких шихтоприготовительных отделений для помола и перемешивания сырья; удельные расходы тепла в них в 2 раза превышают удельный расход тепла в вагранках.

Для получения минеральной ваты применяются также шлакоприемные ванные печи, электродуговые печи для получения силикатного расплава, циклонные печи для мелкокусковых отходов минераловатного производства и др.

Рис. 9. Шлакоприемная ванная печь:

1 - сливной желоб, 2 – печь - шлакоприемник, 3 -печь-питатель, 4 - вытяжной зонт, 5 - камера волокноосаждения, 6 – летка

Свойства расплава

Следующий этап технологии в производстве волокнистых материалов – это получение расплавов. В минеральных расплавах всегда присутствует SiO2, поэтому они называются силикатными расплавами.

При получении расплавов протекают сложные физико-химические процессы, характер которых определяется составом шихты и температурой. Во всех случая происходят процессы силикато- (400-600ºC) и стеклообразования, наиболее интенсивных при появлении жидкой фазы.

Возможность химических взаимодействий определяется законами химической термодинамики и действием кинетических факторов, таких как поверхность контакта. То есть чем мельче шихта, тем больше площадь контакта зерен компонентов, тем быстрее протекают реакции.

Для перевода твердой фазы в жидкое состояние нужно затратить энергию на преодоление сил, действующих между элементами решетки.

В настоящее время наиболее распространен взгляд на силикатные расплавы как на ионные жидкости. Стеклообразователем или сеткообразователем является кремневая кислоты. Установлено, что из всех связей О2- связь с Si4+ - самая прочная, что обуславливает наличие кремнийкислородных комплексов.

Наличие жесткой направленной ковалентной связи Si-O определяет присутствие в расплавленных силикатах устойчивых комплексных ионов (SiхОу)z, образующих анионный скелет расплава. Внутри этого каркаса преобладают ковалентные, а вне - ионные связи.

Структура силикатных расплавов определяет их свойства. Так вязкость расплавов зависит от подвижности анионного каркаса, а электропроводность от подвижности ионов, поляризующих связи Si-O.

Основными свойствами силикатных расплавов, влияющих на свойства минеральных волокон являются вязкость, поверхностное натяжение и кристаллизационная способность.

Вязкость – свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой, обусловленное внутримолекулярным трением. Силикатные расплавы ведут себя в основном как ньютоновские жидкости, при низких температурах наблюдается признаки структурирования, что приводит к ухудшению качества волокна.

Характер изменения вязкости от температуры определяется составом расплавов. По характеру изменения вязкости от температуры различают «длинные» – с большим интервалом вязкости и «короткие» – малый интервал температур от жидкотекучего до хрупкого состояния. Наиболее целесообразны в производстве минеральной ваты жидкие расплавы.

Поверхностное натяжение σ характеризует интенсивность поверхностных межмолекулярных (межатомных, межионных) сил в расплаве. Образование новой поверхности связано с преодолением сил поверхностного натяжения. Чем оно больше, тем большую работу нужно затратить, чтобы образовать единицу новой поверхности.

На поверхностное натяжение влияет состав и температура расплава. Окислы, входящие в состав расплава делятся на 3 группы: поверхностно-неактивные (SiO2, AI2O3, СаО и др.), промежуточные (К2О, В2О3) и поверхностно-активные (Сr2O3, SO3, WO3 и др.). Наименьшим поверхностным натяжением характеризуются SiO2 и Na2O. Снижение поверхностного натяжения благоприятно сказывается на ходе технологических процессов.

Структура и свойства силикатного расплава зависят от его химического состава. Если катион окисла является комплексообразующим, то количество его содержания в расплаве увеличивает вязкость за счет увеличения размера комплексов, это SiO2, AI2O3, Сr2O3.

При добавлении некомплексообразующих СаО, MgO, NaO, K2O и TiO2 вязкость расплавов уменьшается, так как, превращаясь в катионы, они отдают свой кислород комплексам, прекращая их рост.

Переработка силикатных расплавов в волокно происходит в основном в интервале температур 1300-1400ºС, вязкость при этом должна находится в пределах 0,5 – 5 Па∙с.

Каждый компонент влияет на свойства расплава и минеральной ваты по-разному:

SiO2 – повышает вязкость силикатных расплавов и химическую стойкость волокон в любых средах, удлиняет интервал вязкости;

В2О3 – оказывает сильное флюсующее действие, уменьшает поверхностное натяжение расплава и температуру верхнего предела кристаллизации, значительно улучшает выработанные свойства, увеличивает длину волокна, повышает устойчивость к кислотам и щелочам;

AI2O3 – повышает вязкость и поверхностное натяжение расплавов, прочность и модуль упругости волокон, устойчивость к воде, кислотостойкость, температуростойкость;

Fe2O3 – снижает вязкость расплава, повышает поверхностное натяжение и химическую устойчивость;

СаО, MgO – при высоких температурах понижают вязкость расплава, повышают склонность к кристаллизации. При содержании СаО, равном 45%, вязкость возрастает, так как образуется С2S. Влияние MgO на снижение вязкости особенно заметно при повышении содержания до 9% и более. Повышение содержания MgO за счет СаО приводит к значительному повышению химической стойкости волокон;

TiO2 – улучшает химическую устойчивость ко всем средам, является хорошим плавнем и значительно снижает вязкость расплава, но повышает склонность к кристаллизации;

ZrO2 – очень сильно повышает устойчивость ко всем средам и является единственным окислом, который делает многокомпонентные стекла устойчивыми к щелочам; увеличивает тугоплавкость расплава и повышает склонность к кристаллизации. Введение ZrO2 осуществляется, как правило, за счет SiO2;

FeO – снижает вязкость, но повышает поверхностное натяжение расплава, снижает начальную температуру разрушения волокон, одновременно повышая температуру спекания;

MnO – в небольших количествах увеличивает химическую устойчивость, снижает вязкость и склонность к кристаллизации;

Na2O, K2O, LiO – являются плавнями и снижают склонность к кристаллизации, но уменьшают устойчивость волокон в воде. Повышенное содержание K2O уменьшает поверхностное натяжение расплава.

Расплав для получения рядовой минеральной ваты содержит в основном SiO2, AI2O3, СаО и MgO. Содержание их находится в пределах (% по массе): SiO2 – 35-60, AI2O3 – 5-15,СаО – 20-35, MgO – 5-15. В небольшом количестве могут присутствовать Fe2O3, FeO, Na2O, K2O и MgO.

Превращение силикатного расплава в волокно

Полученный в плавильном агрегате жидкий минеральный расплав перерабатывается в волокно следующими способами: дутьевым, центробежным и комбинированными.

При дутьевом способе расплав (3), непрерывно вытекающий из летки (2) (из фидера) плавильного агрегата (1), раздувается струей энергоносителя, поступающего из дутьевой головки (4), его скорость 400-800 м/с.

В качестве энергоносителя можно использовать перегретый и сухой насыщенный пар, сжатый воздух, горячие продукты сгорания топлива. По направлению струи энергоносителя дутьевой способ разделяется на горизонтальный и вертикальный. При горизонтальном струя энергоносителя направлена на струю расплава под углом 15-20 ºС к горизонтали, при вертикальном – направляется сверху вниз по углом 10-11ºС к вертикали с двух сторон струи расплава.

Рис.10. Схема переработки расплава в волокно дутьевым способом:

1 – плавильный агрегат; 2 – летка плавильного агрегата; 3 – струя расплава;

4 – дутьевая головка

При этом расплав подается на раздув через пластины с отверстиями – фильерами диаметром не более 3 мм. Поэтому способ называется фильерно-дутьевым. При этом способе получается волокно высокого качества с низким содержанием неволокнистых включений.

Применение нагретого пара эффективнее, чем насыщенного сухого пара или газа. Пар поступает из дутьевых головок, которые по принципу действия разделяются на два типа: ударного действия, когда струя пара действует на струю расплава по выходе из дутьевой головки (рис.11), и эжекционные, которые работают по принципу всасывания струи расплава и расчленения внутри головки (рис.11).

Вакуум внутри головки создается за счет высокой скорости движения энергоносителя. С эжекционной головкой получается волокно высокого качества, но они малопроизводительны. Дутьевые головки представляют собой металлические насадки с соплами разных конфигураций. Таким образом, под действием энергоносителя струя расплава 3 температурой 1300 - 1950 ºС дробится на мельчайшие частицы в виде струек и капелек, которые частично вытягиваются в волокно, а частично выпадают в виде неволокнистых включений – «корольков» различной формы. Полученное таким образом волокно поступает в камеру волокно-осаждения.

Рис. 11. Виды дутьевых головок:

а – ударного действия; б – эжекционная

Преимущества дутьевого способа – простота и надежность в работе, недостаток – большой расход энергоносителя и низкое качество минеральной ваты.

Центробежный способ. Этот способ основан на использовании центробежной силы вращающихся элементов, на которые подается расплав. Центробежные установки могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. В одноступенчатой установке расплав обрабатывается в одной центрифуге, в многоступенчатой – последовательно на нескольких центрифугах. По форме рабочего органа центрифуги могут быть дисковыми, чашечными и валковыми; по расположению плоскости вращения – горизонтальными и вертикальными. Наиболее распространены центрифуги со ступенчатым положением валков.

Четырехвалковая центрифуга Ц-5С представляет собой станину П-образной формы, на которой укреплены четыре рабочих валка, приводимых во вращение отдельными электродвигателями. Масса центрифуги 3200 кг, габаритные размеры 2400х1500х2000 мм.

Расплав с температурой около 1400 ºС стекает через лоток на верхний распределительный валок и последовательно обрабатывается всеми валками. Он должен подаваться под углом 30-40º к горизонтальной оси 1-го валка.

Роль первого валка – расцепить струю расплава и предать его в виде множества струй и частиц на второй валок, на котором большая часть расплава передается на 3-й валок. Четвертый валок завершает процесс волокнообразования. Таким образом, основные волокнообразующие валки – второй и третий. Окружная скорость валков различна. Она увеличивается то верхнего валка к нижнему, в связи с понижением температуры и повышением вязкости расплава. Волокно образуется только при прилипании раствора к валкам, оно начинается при прогреве валков до 500-600ºС.

Рис.7. Схема получения стеклянного штапельного волокна многоступенчатым центробежным способом на четырехвалковой центрифуге: 1, 2, 4 и 5 — рабочие валки, 3 — струя расплава, 6 — волокно

Для отдува образующихся волокон на центрифуге установлен вентилятор. Образовавшиеся на валках волокна подхватываются воздушным потоком, подающимся из вентилятора, и уходят в камеру волокноосаждения, где оседают на движущемся конвейере. Застывшие включения падают под центрифугу, откуда удаляются конвейером.

Этот способ позволяет получить продукцию высокого качества. Но имеется ряд конструктивных недостатков – малая стойкость валков, громоздкость, сложность эксплуатации и ремонта.

Комбинированные способы

При комбинированных способах используют как центробежную силу, так и силу дутья. В настоящее время применяют следующие комбинированные способы: центробежно-дутьевой и центробежно-фильерно-дутьевой.

Центробежно-дутьевой способ (ЦДС) включает в себя предварительное механическое центробежное расщепление основной струи расплава и последующее вытягивание частичек расплава в волокна под действием струи энергоносителя (пара или сжатого воздуха). Расплав из вагранки с температурой 1300-1350 ºС по лотку стекает на внутреннюю часть боковой стенки чаши центрифуги. При вращении чаши с частотой 1000-4000 об/мин. расплав распределяется по ее периметру и срывается с кромок чаши в виде пленок, струек и капель. Последние подхватывают поток энергоносителя, и под совместным действием центробежных и аэродинамических сил из струек образуются волокна.

Раздаточные чаши имеют разную конструкцию: медные с водяным охлаждением, керамические неохлаждаемые, стальные с охлаждением и т.д. Вокруг чаши на расстоянии 5-15 мм от ее края находится неподвижное дутьевое кольцо. По окружности его расположены отверстия диаметром 2-4 мм на расстоянии 15-20 мм одно от другого. Чтобы обеспечить большие скорости в качестве энергоносителя, как правило, применяют пар или воздух с давлением 0,6-0,8 МПа. Отверстия в сечение представляют собой сопла. Центрифуги такой конструкции позволяют перерабатывать до 3 т/ч расплава, при выходе минеральной ваты до 75%, средней плотностью 85-120 кг/м³. Они просты в изготовлении и эксплуатации. Устанавливаются по две на вагранку.

Рис.12. Схема получения штапельного волокна центробежно – дутьевым способом: 1- дутьевое сопло, 2 — паровой или воздушный кольцевой коллектор, 3 — ротор (раздаточная чаша), 4 — волокно, 5 — струя расплава, 6 — лоток, 7 — штуцер для подачи воды. 8 — слив охлаждающей воды, 9 — полый вал раздаточной чаши

Центробежно-фильерно-дутьевой способ (ЦФД) – при нем формируются тонкие струйки за счет центробежной силы вращающейся чаши с отверстиями и последующей их обработки горячими газами. Применение вращающейся чаши с 2000 фильер диаметром менее 1 мм позволяет получить стабильные микроструйки расплава и создать устойчивые и регулируемые условия воздействия аэродинамических сил.

Струя через полый шпиндель поступает в чашу 1. Под действием центробежных сил расплав выходит через отверстия в виде тонких струек и вытягивается как за счет центробежных сил, так и аэродинамических сил горячих газов, выходящих из кольцевого сопла 2. Поток газов направлен вниз и увлекает образовавшиеся волокна в камеру волокнообразования 3.

Рис. 13. Схема центробежно-фильерно-дутьевой установки

Этот способ позволяет получать ультратонкое волокно 1-2 мкм, причем неволокнистые включения полностью отсутствуют.

Изделия из минеральной ваты

Виды минераловатных изделий. Они подразделяются на: штучные изделия – плиты, цилиндры, полуцилиндры, сегменты; рулонные – маты прошивные и на синтетическом связующем; шнуровые – шнуры (жгуты); сыпучие – гранулированная вата.

Грануляция ваты дает ей свойство сыпучести и облегчает укладку в конструкции, удаляются корольки, снижается объемная масса, но недостатки как у рыхлой минеральной ваты. Шнуры получают путем набивки измельченной ваты в оплетку из металлической проволоки, стеклянных или хлопковых нитей. Прошивные маты изготавливают путем обкладки слоя минеральной ваты гибкими материалами в виде металлической сетки, асбестовой, стеклянной ткани, водонепроницаемой бумаги. Остальные виды изделий получают с использованием связующего. Связующее скрепляет волокна и создает каркас различной жесткости, в зависимости от его количества и вида.

Связующие для изделий и требования к ним

Основные задачи технологии производства минераловатных изделий – подбор, приготовление, способ введения связующего в волокно и последующая их тепловая обработка.

В качестве связующих используют синтетические смолы, композиционные и битумные связующие.

Синтетические связующие должны: хорошо растворяться в воде, легко диспергироваться, чтобы покрыть волокно тонкой пленкой, обладать хорошей адгезией к волокну, быть недефицитными, не иметь в своем составе легковоспламеняющихся и токсичных веществ. Чтобы придать связующим нужные свойства в них вводят нейтрализующие материалы, отвердители, пластификаторы.

В качестве синтетических связующих применяют: фенолспирты (фенолформальдегидную смолу), карбамидную смолу КС-11 (продукт конденсации карбамида и формальдегида), поливинилацетатную дисперсию.

Композиционные связующие состоят из нескольких компонентов: фенолспиртов, карбамидных смол или других связующих и пластифицирующих добавок. В качестве пластифицирующих добавок добавляют эмульсол, поливинилацетатную дисперсию, латексы синтетических каучуков и т.д.

К композиционным связующих относится крахмальное связующее, применяемое в производстве минераловатных матов и плит. В его состав входят: крахмал, мазут, парафин и вода.

Битумные связующие. Они также используются в производстве как обеспыливающие вещества. Для производства минерального войлока, мягких, полужестких и жестких плит применяют битумы марок БМ -50/50, БМ -70/30 и БМ -90/10.

Для производства жестких минеральных плит применяют битумные эмульсии и пасты, куда кроме битума входят канифоль, каолин или глина, диатомит или трепел. Недостатки – битум может воспламениться, трудно распределяется в волокне. Достоинства – низкая стоимость, недефицитность, высокие водоотталкивающие, вяжущие и эластичные свойства.

Для смазки применяют также петролатум – смесь твердого парафина с высоковязким минеральным маслом.

Способы смешивания связующих веществ с минеральной ватой

Применяют три способа введения связующего в волокно: распыление или пульверизацию, полив с вакуумированием, приготовление гидромассы или пульпы.

Способ распыления наиболее распространен. Водный раствор или эмульсия подается в камеру волокноосаждения, где связующее распыляется паровыми соплами, воздушными или мех. форсунками. Они могут распыляться через полый вал второго, третьего и четвертого валка центрифуги. Рабочие растворы связующего состоят из 50% раствора смолы и воды в соотношении 1:2,1:3,5. Недостаток – большие потери связующего при распылении и неравномерное распределение смолы в минераловатном ковре.

По другому способу водный раствор связующего вводится в минераловатный ковер путем полива и одновременного вакуумирования. Рабочий раствор подается на минераловатный ковер, выходящий из камеры волокноосаждения и смачивает его по всей ширине. В камере отсоса вентилятор высокого давления создает разрежение, что позволяет удалить из ковра излишнее количество раствора связующего. Дополнительно связующее удаляется с помощью отжимного валика. Недостаток способа – наличие дополнительных устройств, большой расход тепла. Достоинства – однородное и равномерное распределение связующего.

При «мокром» способе введения связующего хлопья минеральной ваты смешиваются со связующим (битумной эмульсий или раствором фенолспиртов), образуя гидромассу или пульку. Такой способ используется при производстве жестких плит на битумном связующем, плит повышенной жесткости на синтетическом связующем (ППЖ).

Формование изделий

В зависимости от вида изделия и его жесткости формование изделий идет разными способами. В производстве плит более часто применяются пластинчатые или сетчатые конвейеры. Камера представляет собой два пластинчатых или 2 пластинчатых и 2 сетчатых конвейера расположенных один над другим: нижний – несущий, верхний – прижимной. Скорость конвейеров синхронна. С помощью устройства верхний конвейер опускается или поднимается, обеспечивая заданную толщину изделия. Первая пара конвейеров пластинчатая. В некоторых линиях вводят вторую пару конвейеров – сетчатую, куда поступает уже сформированная плита, которая приобретает необходимую фактуру.

Штучные изделия – например полуцилиндры изготавливают методом горячего прессования. Для этого изготовляют заготовки минераловатного ковра, содержащие связующее. Заготовки снимают с промежуточного конвейера и укладывают на формующую поверхность пресса. Полуцилиндры формуют системой матриц и пуансонов обогреваемых трубчатыми электронагревателями.

Штучные изделия изготовляют также методом фрезерования и навивки (цилиндров).

Способы получения минераловатных плит повышенной жесткости

Технология этих изделий отличается от технологии обычных плит тем, что применяется мокрый способ подготовки формовочной массы и штучное формование изделий.

Жесткие плиты из гидромассы на битумном растворе в фильтрующих пресс-формах, в которых избыток воды удаляется прессованием или прессованием и вакуумированием через перфорированные днища.

Плиты повышенной жесткости (ППЖ) изготовляют на синтетическом связующем конвейерным, мокрым (из гидромасс) и кубовым способами. В конвейерном способе необходимая жесткость плит получается за счет повышения содержания связующего до 8-10% и увеличения давления подпрессовки в камере тепловой обработки.

В мокром способе при приготовлении гидромассы кроме минеральной ваты и связующего добавляют пенообразователь. Формование может осуществляться двумя способами: подпрессовкой гидромассы до заданной толщины ковра и отливкой ковра с последующим вакуумированием и калибровкой.

По кубовой технологии можно получить плиты с вертикальным расположением волокна, что позволяет повысить жесткость плит при той же объемной массе. Он наиболее экономичен. Минераловатный ковер подпрессовывается, разрезается на полосы – заготовки размером 1х1м. Заготовки укладываются в форму карусельной установки для набора минераловатного массива кубической формы. Массив отверждается в форме горячим воздухом, вынимается и идет на резку. Резка осуществляется перпендикулярно направлению волокон в массиве. Твердые плиты прессуются в гидравлических многополосочных прессах.

Тепловая обработка

Тепловая обработка осуществляется путем прососа горячего теплоносителя через минеральный ковер. Это может продукты сжигания топлива в топках или горячий воздух. Подвод теплоносителя осуществляется в камере формовки изделий с тепловой и аэродинамической схемой работы (подвод теплоносителя может быть снизу или сверху, с рециркуляцией или без рециркуляции).

Назначение тепловой обработки – удаление влаги, а также прогрев ковра до температуры, при которой происходит отверждение смолы.

Конструкции камер тепловой обработки плит должны обеспечивать постоянство температуры и скорости газов по всей площади обрабатываемого ковра, наименьшее гидравлическое сопротивление всей системы и расход топлива, исключить возможность выбивания газов в цех.

Основное конструктивное решение, удовлетворяющее этим требованиям – разделение рабочего пространства камеры по длине на отдельные зоны с самостоятельными отопительно-вентиляционными устройствами и многократной циркуляцией теплоносителя с изменением направления его движения в зонах. Если связующее введено распылением достаточно двух зон, а поливом – четырех зон. Длина зоны находится в пределах 6-8 м. Общая длина камеры определяется временем тепловой обработки, объемной массой и толщиной плит. Плиты охлаждаются на открытом конвейере без принудительного отвода тепла. Это позволяет сократить время тепловой обработки или увеличить степень отверждения связующего.

Камера тепловой обработки 6645-02М входит в состав многих технологических линий. Она представляет собой два пластинчатых конвейера, расположенных один над другим: нижний – несущий, верхний – прижимной сверху, с рециркуляцией или без рециркуляции. Параметры режима тепловой обработки изделий в таких камерах весьма разнообразен. Температура для минераловатных плит от 170 до 210 ºС, для цилиндров 140-180 ºС и т.д. Назначение тепловой обработки – удаление влаги и прогрев ковра до температуры, при которой происходит отверждение смолы.

Пропитанный ковер поступает в камеру между двух конвейеров, где он уплотняется и подвергается обработке горячими дымовыми газами путем их прососа через ковер. Теплоноситель подается в камеру дымососом. Пройдя через ковер, большая часть теплоносителя возвращается в топку на рециркуляцию, а другая часть удаляется из рабочего пространства камеры вентилятором. Камера разделена на 3 зоны, каждая имеет топку с дымососом.

Рис.14. Камера тепловой обработки 6645-02М

Камеры СМТ-128 и СМТ-097 имеют соответственно 3 и 5 зон и соответствующее количество топок с дымососами. Они отличаются от камеры 6645-02 М конструктивным исполнением конвейеров. Первая пара конвейеров – формующая из жестких пластин, а вторая – сетчатая обеспечивает необходимую фактуру изделий. Все конвейеры работают синхронно.

Температура обработки изделий 180-200ºС. Сушка и тепловая обработка жестких плит на битумном связующем проводится в туннельных сушилках. Камера тепловой обработки должна постоянно работать под разрежением.

Области применения минераловатных изделий и их технико-экономическая оценка

Высокие показатели теплоизоляционных свойств минеральной ваты и изделий из нее, недефицитность сырьевых материалов для ее изготовления, сравнительно низкая стоимость определили ее широкое распространение в строительстве.

Минераловатные изделия составляют более половины всего выпуска теплоизоляционных материалов. Они применяются для тепло- и звукоизоляции в жилых зданиях, промышленных сооружениях, оборудовании. Значительно должен увеличиться выпуск плит повышенной жесткости, необходимых для утепления металлических профилированных настилов.

В ближайшие годы предстоит: интенсификация технологических процессов производства минераловатных изделий, внедрение новых видов оборудования, создание автоматизированных конвейерных линий производства минераловатных изделий, создание безотходной технологии, разработка и создание оборудования для производства армированных самонесущих и офактуренных плит для применения в легких конструкциях зданий промышленного и общественного назначения.

Технологический контроль качества в производстве минераловатных изделий

Контроль осуществляется на каждой стадии производственного процесса, причем существует отличие контроля производства изделий на синтетическом связующем от контроля производства изделий на битумном связующем. Это различие определяется разными стадиями производственного процесса – размягчение битумного связующего или приготовления раствора фенолоспиртов и т.д. Контроль качества готовой продукции производится в соответствии с существующими нормативными документами, а также контролируется визуально по равномерности окраски на срезе плит равномерность распределения связующего.

2.Стеклянная вата и изделия из нее

Виды стеклянного волокна

Стекловолокно – материал, получаемый различными способами из сплавов стекломассы. Оно служит полуфабрикатом при производстве тепло- и звукоизоляционных изделий.

В зависимости от способа производства волокно может быть непрерывным и штабельным (длиной от 1 до 50 см). По применению оно подразделяется на текстильное и теплоизоляционное. Текстильное перерабатывается в пряжу и ткани технологического назначения. В зависимости от среднего диаметра различают стекловолокно: ультратонкое (УТВ) диаметром менее 1 мкм, супертонкое 1 - 3 мкм, тонкое (текстильное) – 4-12 мкм, утолщенное (изоляционное) – 12 - 25 мкм и толстое (упругое) – более 25 мкм. Из непрерывного волокна изготавливаются маты, полосы, жгуты, ими армируют стеклопластики и бетон. Жгуты применяют для изоляции трубопроводов.

Из штапельного волокна изготавливают маты, армируют стеклопластики, изготавливают полужесткие клееные, строительные или технические плиты.

Химический состав и свойства стеклянной ваты (волокна)

Стекловолокно характеризуется высокой прочностью, вибростойкостью, тепло - и биостойкостью, малой гигроскопичностью, хорошими диэлектрическими свойствами, а также химической стойкостью.

Для получения стекловолокна применяют как щелочные, так и бесщелочные борсодержащие составы стекла.

Таблица

Химические составы стекол

Составы

Содержание оксидов, % по массе

SiO2

AI2O3

В2О3

Fe2O3

СаО

MgO

Na2O

Щелочные

50-70

1-6

0-3

0.2-1

5-20

2-7

8-20

Бесщелочные

53-60

12-16

5-10

0.2-0

7-23

4-8

0.5-2

Прочность, химическая стойкость и температуростойкость выше у борсодержащих, но бораты дороги и дефицитны, поэтому теплоизоляционное волокно изготавливают в основном из щелочных составов. Температуростойкость бесщелочного стекла 600ºС, а щелочного стекла 450ºС.

Способы получения стеклянного волокна и применяемое оборудование

Для производства стеклянной ваты применяют кварцевый песок, известняк (доломит), соду (сульфат натрия), борную кислоту, поташ – в зависимости от требуемого состава окислов.

Подготовка сырьевых материалов заключается в следующем: кварцевый песок сушат в сушильном барабане при 700-800ºС и просеивают. Полевой шпат, известняк, мел и доломит дробят в щековой дробилке и размалывают в бегунах, просеивают через барабанный грохот, соду (сульфат натрия) пропускают через дезинтегратор для разрыхления слежавшегося материала. Подготовленные сырьевые материалы отвешивают и смешивают до получения однородной шихты. Основными процессами производства изделий из стекловолокна являются варка стекломассы из специально приготовленной шихты, получение волокна и формование изделий. Варят стекломассу в ванных печах. Непрерывное волокно получают штабиковым, фильерным способами и двухстадийным дуплекс-процессом.

Штабиковый способ основан на подогреве до расплавления стеклянных палочек – штабиков и вытягивании из них стеклянного волокна, наматываемого на вращающийся барабан. Позволяет получить в сутки 55-70 кг стекловолокна с установки.

Рис. 15.Схема получения стекловолокна штабиковым способом: I — щит, 2—барабан, 3 — механизм, подающий штабик, 4 — стеклянный штабик, 5 — газовая горелка, 6 — приспособление для изменения угла падения

Каждый штабик разогревается отдельной горелкой и, плавясь, вытягивается в нитку, падает на барабан, нити наматываются, затвердевшие капли удаляются.

Фильерный способ основан на вытягивании волокон из расплавленной массы через фильеры и наматывании вытягиваемого волокна.

Расплавленное стекло под давлением силы тяжести вытекает из печи через фильеры в виде капель, которые вытягиваются в волокна. Волокна, собранные в пучок, пропускают через замасливающее устройство. Нити наматываются на барабан.

Волокно, полученное этими способами можно применять для высокотемпературной изоляции (1200-1500ºС).

Двухстадийный дуплекс-процесс применяют для получения ультра - и супертонкого волокна. Расплавленная стекломасса через фильеры подается в высокотемпературный газовый поток, выходящий из сопла камеры сжигания со скоростью 250-300 м/с. Под действием газового потока первичные волокна размягчаются и раздуваются в тонкие короткие волокна, которые осаждаются на конвейере.

Штапельное волокно получают способом вертикального раздува паром или воздуха ВРВ или ВРП, центробежным, центробежно-дутьевым, центробежно-фильерно-дутьевым способами, аналогичными способам, применяемым в минераловатном производстве.

Виды и свойства изделий из стекловаты

Стеклянное волокно для теплоизоляции применяют в виде изделий следующих видов: гибкие – маты штучные или в рулонах, шнуры или жгуты; полужесткие – плиты, полуцилиндры, сегменты; жесткие – плиты.

Гибкие изделия. Маты выпускаются как со связующим так и без него. Их прошивают или формуют на металлической сетке. В матах с короткими волокнами используются связующие – фенолформальдегидные или карбамидные смолы. Пропитка происходит в камере волокноосаждения. Шнуры имеют оплетку из металлической проволоки или стеклянной нити.

Полужесткие изделия изготавливают с применением синтетических связующих. При получении жестких плит из супертонкого волокна применяют отливку из суспензии. В других случаях связующее вводят методом пролива с вакуумированием.

Обкладочными материалами при производстве матов и полос могут также служить: битуминизированная бумага, асбестовый картон, бумага или ткань, стеклоткань различных марок или стеклосетка марок ССА и ССТЭ.

Области применения стеклянной ваты.

По сравнению с минераловатными изделиями изделия из стекловолокна характеризуются лучшими свойствами, однако стоимость их выше, поэтому объем их производства значительно меньше минераловатных

В настоящее время стеклянную вату и изделия из нее выпускают более 3 млн.м³/год, увеличение выпуска предусматривается небольшое. В общем балансе теплоизоляционных материалов на долю стекловолокна приходится около 10%.

Как отличный звуко- и теплоизоляционный материал, отвечающий требованиям санитарной техники, стекловату широко применяют для изоляции внутренних перегородок и стен.

Благодаря вибростойкости она может служить для тепловой изоляции трубопроводов, подверженных сотрясениям и вибрации, а также подвижного состава железных дорог, в авиастроении, автомобилестроении, холодильных установках и др. сооружениях.

Широкое применение стекловолокно находит в судостроении вследствие их небольшой массы, устойчивости к действию соленой воды, способности выдерживать вибрацию без усадки, отсутствия водопоглощения и высокой химической стойкости. Стекловолокно не содержит и не выделяет корродирующих металл веществ.

Изделия на основе вспучивающихся горных пород и минералов

Общие сведения

Вспучивающиеся горные породы и минералы используются как эффективный теплоизоляционный материал. Способность пород и минералов вспучиваться при высоких температурах объясняется тем, что порода при этом размягчается, а содержащаяся в ней в растворенном состоянии вода переходит в пар, который и вспучивает размягченную массу. Важнейшим представителем горных пород является вспучивающийся перлит, а минералов – вспучивающийся вермикулит.

Вспученный перлит

Вспученный перлит получают из водосодержащих горных пород вулканического происхождения стекловидной структуры, называемых вулканических стекол. Они образовались в результате выноса из недр земли природного кислого силикатного магматического расплава, который изливается на поверхность в виде лавы.

Вулканические стекла в зависимости от содержания в них воды разделяются на обсиданы (до 1% воды), перлиты (1-6%), пехштейны, виброфиры и др. (более 6%). В производстве вспученного перлита все применяемые как сырьевой материал вулканические породы (с 1-10% воды) принято называть перлитом. Химический состав перлита (масс. %): SiO2 – 70-75; AI2O3 – 11-15; Fe2O3 – 0.2-4; СаО + MgO – 0.3-6; Ti2O – 2.5-9; Н2О – 0.3-10.

Вспученный перлит представляет собой сыпучий материал в виде пористых зерен преимущественно светлой окраски. В зависимости от размера частиц классифицируется на песок и щебень. Вспученный перлитовый песок (размер до 5мм) имеет марки от 75 до500 по средней плотности и теплопроводность в пределах 0.07-0.093 Вт/мºС.

Вспученный перлитовый песок имеет высокопористую структуру – поры сферической и щелевидной формы размером 0.5-10 мкм. Объем замкнутых пор 13-25% объема зерна. Общая пористость песка, включая межзерновые пустоты, находится в пределах 90-98%. Из песка насыпной массой 80-120 кг/м³ изготовляют теплоизоляционные изделия, 150-300 кг/м³ - заполнитель для легких бетонов. Перлитовый щебень используют как заполнитель легких бетонов (размер 5-20 мм). Марки по средней плотности от 300 до 600. Вспученный перлит огнестоек, химически инертен, биостоек и не имеет запаха. Размер зерна сильно влияет на его физико-механические характеристики, поэтому материал необходимо получать с заданной крупностью. Он имеет большие гигроскопичность и водопоглощение достигает 90% по объема (около 300% по массе), у зерен больших размеров оно еще возрастает.

Влажность влияет на теплопроводность перлита. При влажности 10% теплопроводность увеличивается в 2 раза, а при 80% в 3-4 раза. На величину теплопроводности влияют также форма и гранулометрический состав частиц, размеры и расположение пор, температура. Вспученный перлитовый песок обладает значительным звукопоглощением и используется для изготовления звукопоглощающих штукатурок, плит и блоков.

Наиболее богатые месторождения перлитовых пород в Закавказье, Закарпатье и Забайкалье.

Технология вспученного перлита

Основой технологии переработки перлитов является процесс вспучивания, который влияет на структуру и свойства продукта.

Оценку перлитового сырья производят по коэффициенту и температуре вспучивания.

Коэффициент вспучивания – число, показывающее во сколько раз увеличивается объем материала при обжиге. Он зависит от химического состава породы, вида содержащейся в ней воды, размера зерен и режима обжига, вязкости и поверхностного натяжения расплавленных пород. При малой вязкости образовавшийся газ выходит наружу, не образовывая пористой структуры. Так же он зависит от количества связанной воды и характера связи этой воды со стеклом. Вода в вулканических стеклах находится в виде молекулярной воды Н2О и гидроксила ОН ­ˉ. От характера связи воды с перлитом зависит и температура вспучивания – чем больше молекулярной воды, тем ниже температура вспучивания.

Температура вспучивания – это температура, при которой происходит максимальное вспучивание перлита. Лучшим сырьем для получения вспученного перлита являются породы, вспучивающиеся при температуре менее 1050 ºС, если температура более 1050 ºС – породы относятся к трудновспучиваемым, получаемый продукт имеет высокую среднюю плотность.

Температура обжига обуславливается моментом соответствия между вязкостью размягченной стекломассы и добавлением водяного пара, образующегося при испарении содержащейся в сырье «эффективной» воды. Эта температура колеблется в зависимости от сырья от 850 до 1250ºС.

Развитая удельная поверхность перлита, наличие в ней свободных зарядов и обменных ионов обуславливают высокую реакционную способность его к растворам щелочей, образуя гидроалюминаты и гидросиликаты и к извести и цементу, образуя гидроалюминаты и гидросиликаты кальция.

Технологический процесс получения вспученного перлита состоит из операций по добыче породы, дробления, фракционирования и обжига с последующей сортировкой на фракции готового продукта. Иногда в зависимости от свойств сырья породу перед вспучиванием подвергают термической обработке для удаления избыточной влаги.

Перлит добывают открытым способом. Если влажность породы больше нормы, то она проходит предварительную сушку в сушильном барабане. После этого порода дробится в две стадии в щековой и молотковой дробилках до необходимой крупности. Дробленая порода разделяется на фракции на виброгрохотах или в сите-бурат.

Некоторые породы перед обжигом проходят специальную термическую подготовку во вращающихся барабанных печах (нагрев до температуры 250..500ºС), при которой удаляется часть воды, что уменьшает растрескивание зерен перлита в процессе обжига.

Обжиг (вспучивание) перлита производится в вертикальных шахтных или во вращающихся печах.

Вспучивание перлита в вертикальных печах

Получают перлитовый песок. Вспучивание происходит во взвешенном состоянии при температуре 1000…1100ºС.

Измельченный перлит подается в печь через загрузочную течку 1, находящуюся немного выше форсунки 2, в месте наибольшей температуры газов.

Вертикальная шахтная печь вспучивания – круглая шахта внутренним диаметром 0.6 м и высотой 7.7 м, в которой снизу вверх подается поток раскаленных газов.

Частицы перлита в потоке горячих газов вспучиваются в течение нескольких секунд и уносятся с выходящими потоками дымовых газов в циклоны – классификаторы.

Перед циклонами дымовые газы с находящимися в них частицами вспученного перлита разбавляют холодным воздухом до температуры 300ºС. Неосевшие в циклонах мельчайшие частицы перлита уносятся с дымовыми газами в трубчатый аппарат – скруббер, где улавливаются «мокрым» способом при орошении водой. Производительность шахтной печи для обжига перлита составляет 15 - .22 м³/ч в зависимости от конструкции печи и вида перлитового сырья. Вспученный перлитовый песок из бункеров расходуется на производство теплоизоляционных изделий или упаковывается в бумажные или полиэтиленовые мешки и отправляется потребителю. Вспученный перлит нужно предохранять от увлажнения.

Вращающаяся печь

6000 150


Рис. 18. Агрегат для вспучивания перлита:

1 — рама, 2 — топка, 3 —барабанная печь термоподготовки, 4 — опоры,

5— электродвигатели, 6 — загрузочная камера, 7 — камера выгрузки, 8— печь вспучивания

При ее использовании можно регулировать время пребывания материала в печи, что позволяет обжигать крупное сырье для получения крупного песка и щебня.

Эта печь состоит из барабанной печи термоподготовки и собственно вращающейся печи обжига.

Печь обжига представляет собой вращающийся барабан длиной 6м, внутренним диаметром 0.77 мм. Вспучивание перлитового щебня происходит в процессе перемешивания его по раскаленной футеровке печи, омываемой факелом пламени от сгорания жидкого или газообразного топлива. Так как барабан вращающейся печи установлен под углом 6º в сторону камеры выгрузки, вспученные зерна перлита постепенно передвигаются от загрузочной камеры к выходу из печи. Мелкие частицы перлита уносятся вместе с дымовыми газами и улавливаются в циклонах. Из приемной камеры печи перлитовый щебень транспортируется в металлические бункера. Производительность печи – 1200 кг/час при температуре вспучивания 1000-1150 ºС, частота вращения барабана печи – 8,10 и 16 об/мин. На печах следует работать в предохранительных темных очках, брезентовой спец. одежде, рукавицах.

Разработана новая конструкция обжигового агрегата с направленным кипящим слоем инертного твердого теплоносителя для обжига кускового и гранулированного материала. В качестве твердого инертного теплоносителя используют кварцевый песок размером 0.6-1.2 мм. Горячий газ сгорает в слое песка и обеспечивает обжиг перлита с размером зерен 5-15 мм в высокотемпературном кипящем слое твердого теплоносителя. Вспученный перлит всплывает на поверхность песка и с частью песка выгружается из печи через разгрузочный люк. Производительность 20 тыс. м³ в год. Увеличивается коэффициент теплопередачи, сокращается расход топлива и длительность обжига.

Вспученный вермикулит

Вермикулитами называют минералы из группы гидрослюд. Они образуются в природных условиях в результате гидратации и других вторичных изменений различных слюд. При нагревании вермикулит обладает способностью вспучивания, образуя мелкие поры. Практическое значение имеют вермикулиты, образовавшиеся из магниево-железистых слюд – флогопита и биотита путем их гидратации, причем молекулы воды входят в кристаллическую решетку слюды, заменяя ионы К+. В решетке образуются гидратные слои.

Химический состав вермикулита колеблется в следующих пределах (%): SiO2 – 37-41; AI2O3 – 10-14; Fe2O3 – 3-15; СаО – 0.6-1.8; MgO – 15-24; FeO – 1-5; Na2O+K2O – 5-13; Н2О – 1.4-11.

При быстром нагревании при температуре 850-1200 ºС происходит выделение паров воды, которые направлены перпендикулярно плоскости спайности и, раздвигая слюдяные пластинки, расщепляют минерал, на отдельные пластинки, увеличиваясь в объеме до 15…20 раз (в среднем в 6 раз). Образуются поры, направленные параллельно плоскостям спайности, вытянутой формы.

В природном вермикулите, кроме межпакетной молекулярной воды содержится еще и гидратная вода, входящая в состав молекулярной структуры минерала. Плотность вермикулита 0,05-2,71 г/см³, температура плавления около 1300ºС, влажность породы должна быть не более 10%.

Основным фактором, обеспечивающим вспучивание вермикулита при нагревании, считают выделение межпакетной воды. Она начинает удаляться при температуре 170-200 ºС, наибольшая часть ее уходит при 270-290 ºС, а окончательное ее удаление происходит при 700-800ºС. При 850-880ºС удаляются гидроксил ионы, что сопровождается разрушением слюдяной структуры.

Вспучивание вермикулита оценивают коэффициентом вспучивания Кв – это отношения объема вспученного материала к объему исходного сырья, Кв≈6.

Вспученный вермикулит – сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения. Средняя плотность 80-200 кг/м³, теплопроводность 0.056-0.07 Вт/(м·ºC). Имеет высокое звукопоглощение, огнестойкость, невысокую гигроскопичность и биостойкость. В зависимости от размера зерен, согласно стандарту он делится на три фракции: крупную (5-10мм), среднюю (0.6-5мм), мелкую (<0.6 мм). По средней плотности вспученный вермикулит делится на 3 марки: 100,150,200.

Водопоглощение вспученного вермикулита большое, так как он имеет сообщающуюся пористость. Оно зависит от объемной массы, зернового состава, режима обжига и природных свойств вермикулита.

Теплопроводность вермикулита зависит от средней плотности и размера зерен. У очень больших зерен она снижается из-за конвективного теплообмена внутри пор. Вспученный вермикулит в отличие от перлита обладает упругостью.

Строение зерен вермикулита анизотропное: в направлении, параллельном плоскостям спайности, прочность их больше, чем в направлении, перпендикулярном плоскости спайности.

При повышении температуры и увеличении продолжительности обжига хрупкость зерен вспученного вермикулита увеличивается. Вспученный вермикулит обладает хорошими адсорбционными свойствами.

Вспученный вермикулит применяют в качестве теплоизоляционной засыпки при температуре изолируемых поверхностей от -260 до +1100ºC (до 900ºC – при изоляции вибрирующих поверхностей), для изготовления теплоизоляционных изделий, а также в качестве заполнителя для легких бетонов и для приготовления штукатурных теплоизоляционных и огнезащитных растворов.

Технология вспученного вермикулита

Технологических процесс получения вспученного вермикулита состоит из операций по добыче породы, ее обогащению, дроблению крупных пластин вермикулита и обжига. Обжигают вермикулит в шахтных и трубчатых печах. Обжиг вермикулита происходит в потоке горячих дымовых газов, образующихся от сгорания жидкого или газообразного топлива.

Ф1750


Рис. 19. Шахтная печь для обжига (вспучивания) вермикулита:

1 - загрузочный патрубок, 2 - конус-рассека­тель, 3 - шахтная печь, 4 -труба, 5 - течка, 6 - затвор

Она представляет собой вертикальную металлическую трубу 3, футерованную изнутри огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Сырье подается через загрузочный патрубок 1, расположенный в верхней части печи, и проходит конус-рассекатель 2, служащий для равномерного распределения породы по поперечному сечению шахты. Падая вниз, вермикулит попадает в восходящий поток горячих газов, создаваемых форсункой 6 низкого давления. Вспученный вермикулит, преодолевая сопротивление газовоздушного потока, падает на наклонный под, который сообщается с течкой 4, снабженной затвором 5, и скатывается в бункер готовой продукции.

Для обжига используют измельченную вермикулитовую породу размером от 0.5 до10 мм. Фракция меньше 0.5 мм считается отходом производства, а крупнее 10 мм идет на дополнительное дробление.

Трубчатая печь – составная часть сушильно-печного агрегата (комбайна).

Рис. 20. Сушильно-печной агрегат для производства вспученного вермикулита:

1 - всасывающий воздухопровод, 2 - воздухопровод, 3 - загрузочный бун­кер, 4, 9 - барабанные питатели, 5 - сушильный барабан, 6 - вытяжная труба, 7 - вентилятор, 8 - бункер для сухого сырца, 10 - форсунка, 11 - трубчатая печь, 12- циклон

В этот агрегат кроме трубчатой печи, входят еще сушильный барабан 5 и циклон 12. Сырье загружается в бункер 3 и барабанным питателем 4 подается во вращающийся сушильный барабан 5, в котором перемещается из одного конца в другой. Перемещение сырья обеспечивается наклоном барабана под углом около 5º и винтообразными полками внутри него.

Высушенный и нагретый до 100ºC вермикулит загружается барабанным питателем 9 в печь обжига 11, где попадает в горячий газовоздушный поток. Температура вспучивания вермикулита 1000-1200ºC, производительность агрегата – до 6 м³/ч. Сырье быстро вспучивается и потоками газов и воздуха выносится в осадительную камеру, а мелкие частицы осаждаются в циклоне. Вспученный вермикулит очищают от пустой породы в сепараторе, который установлен за осадительной камерой.

Печь работает по принципу прямотока, поэтому мелкие частицы, быстро нагреваясь, вспучиваются и выносятся из печи, а крупные и менее гидратированные задерживаются в печи дольше, до вспучивания, после чего они выносятся потоком воздуха.

Во вращающихся печах вермикулит практически не вспучивают, так как он разрушается там на отдельные пластины.

Изделия на основе вспученных перлита и вермикулита

Виды изделий из вспученных перлита и вермикулита

В зависимости от температуры применения перлитовые и вермикулитовые теплоизоляционные материалы и изделия можно разделить на три основные группы:

1) для обычных положительных и низких отрицательных температур (включая область глубокого холода) – вспученные перлитовые порошок и пудра (до -200ºC), мелкий вспученный вермикулит до 0.6 мм (до -260ºC), перлито - и вермикулитобитумные изделия (от-60 до+100 ºC), битумно-перлитовая или вермикулитовая масса (от -60 до +130ºC);

2) для средних положительных температур (до 600ºC) – перлито - и вермикулитоцементные, перлитофосфогелевые изделия, перлитовый и вермикулитовый легковес;

3) для высоких температур – перлито - и вермикулитокерамические изделия (до 900ºC), жароупорный перлито - или вермикулитобетон (до 1000ºC), керамоперлитофосфатные изделия (до 1100ºC), перлитовые ультралегковесные огнеупоры плотностью до 400 кг/м³ (до 1150ºC); перлитовые легковесные огнеупоры плотностью 500-800 кг/м³ (до 1300ºC). Кроме того разработана технология производства перлитовых и вермикулитовых теплоизоляционных изделий и штукатурок на известковом и гипсовом вяжущем, на синтетических смолах и др.

В зависимости от технологии изготовления перлитовые изделия делятся на безобжиговые и обжиговые. При производстве первых заключительной стадией в технологическом процессе является сушка, вторых – после сушки следует высокотемпературный обжиг.

Безобжиговые – битумные, цементные, силикатные, гипсо-, стекло -, пласто -, карбоперлит или вермикулит.

Обжиговые – керамоизделия, керамоперлитофосфат, перлитофосфат, перлитовый легковес на основе легкоплавких связок.

Производство всех видов изделий включает следующие операции: подготовку и дозировку сырьевых материалов, смешивание сырьевых материалов, смешивание компонентов, формование изделий и тепловую обработку. Исключение составляет битумо-перлит, который не требует тепловой обработки. Подготовка сырьевых компонентов заключается в основном в измельчении и просеивании, чтобы получить нужный гранулометрический состав. В случае необходимости производится подсушка.

При смешивании вспученных перлита и вермикулита со связующими особое внимание следует уделять сохранению структуры зерен, предохранению их от истирания. Этими требованиями предопределяется характер применяемых смесительных аппаратов, время введения перлита и длительность перемешивания. В основном используются лопастные смесители время перемешивания 1-2 мин.

Связующие при производстве изделий из перлита и вермикулита могут быть разными: это гидравлические вяжущие (цемент), битумные вяжущие, жидкое стекло, полимерные смолы, глина. Формование перлитовых и вермикулитовых теплоизоляционных изделий осуществляется с помощью устройств, которые вызывают минимальное уплотнение материала и не разрушают зерна перлита или вермикулита. Наиболее широко применяется прессование при давлении 0,05 МПа.

Цементные изделия из перлита и вермикулита

Перлито - и вермикулитоцементные изделия изготавливают из сырьевой смеси, состоящей из вспученного перлитового или вермикулитового песка, цемента и водной асбестовой пульпы с последующим формованием и сушкой. Промышленность выпускает их в виде плит, полуцилиндров (скорлуп) и сегментов. Изделия служат для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемой поверхности до 600ºC. Средняя плотность перлитовых изделий – 225-350 кг/м³, вермикулитовых 250-500 (плотность 500 изделия имеют в том случае, если формуются без добавления цемента).

Вспученного перлита или вермикулита плотностью 75-100 кг/м³ берется 43% по массе, портландцемента марки не ниже 400 – 43% по массе, асбеста не ниже 6 сорта – 14% по массе. Вода вводится в количестве 230-300% от массы сухих веществ. Цемент и асбест дозируются по массе, перлит или вермикулит и вода – по объему.

Асбест обминается на бегунах при увлажнении о 30…35% в течение 15-20 мин., а затем распушивается либо в пропеллерной мешалке, либо в аппарате распушки (при разбавлении асбеста 15…20 кратным количеством воды) в течение 20 мин. В производстве вермикулитовых изделий применяют двукратную распушку. Для смешивания материалов применяют лопастные горизонтальные мешалки или винтовой смеситель (шнек). Сначала в мешалку подается асбестовая пульпа, затем цемент, перемешивают 5 мин, и вводят перлит или вермикулит, перемешивая еще 1.5-2 мин.

После смесителя полученная гидромасса подается на формование в гидравлический пресс или конвейерный станок. Прессование изделий производится на металлических поддонах при удельном давлении 0.05МПа. Производительность 1.5…2 м³/ч. Правильная геометрическая форма изделий получается при формовании в прессах или на конвейерах, снабженных узлом подпрессовки.

Отформованные изделия подвергаются тепловой обработке в туннельных или конвейерных сушилках. Их выдерживают при температуре 170…200ºC в течение 3-4 ч. В это время изделия прогреваются, основная масса воды испаряется. Затем температуру снижают и выдерживают изделия при температуре 90-100ºC в течение 6-8 ч. За это время пропариваются и приобретают необходимую механическую прочность. В заключение температуру повышают до 150-180ºC и изделия досушивают до остаточной влажности 20-30%. Общая продолжительность сушки 13-16ч. Готовые изделия укладывают в жесткую тару с бумажными прокладками. Хранить в закрытых складах в штабелях не выше 1.7-2 м.

Перлито- и вермикулитобитумные материалы и изделия

Изготовляют два вида материалов на битумном связующем – перлито - или вермикулитобитумные плиты средней плотностью 200-300 кг/м³ и битумно-перлитовую или вермикулитовую массу 350-600 кг/м³.

Плиты изготавливают из вспененного перлитового или вермикулитового песка марок 75 и 100 (60…65% по массе), битума марок БМД-40/60 (9…15%), высокопластичной или среднепластичной глины (5…11%), асбеста марки П-6-45 (15…20%), клея карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) – 1.5% от массы сухих компонентов или сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ) – 3% от массы сухих компонентов и воду. Общее содержание битума и глины в массе – 20%.

Подготовка асбеста аналогична для всех изделий, где применяется асбест.

Обезвоженный и разогретый до температуры 150-160ºC битум смешивается в лопастной мешалке с глиняным шликером (глина и вода в соотношении 1:1.5) относительной влажностью до 60% в течение 10 мин. до получения однородной по окраске массы темно-серого цвета без крупинок битума. Полученная паста разбавляется водой до 50-60% относительной влажности и перекачивается в расходный бак. Для приготовления пасты используют лопастные смесители.

Битумно-глиняная паста, асбестовая пульпа и КМЦ или СДБ предварительно перемешиваются в общем расходном баке, а затем подаются в смеситель приготовления формовочной массы. КМЦ или СДБ предварительно разбавляют водой до 10-13% концентрации.

Эта смесь затем перемешивается с перлитом 2 мин. Относительная влажность формовочной массы колеблется от 75 до 80%. Плиты формуют на металлических поддонах или в формах. Плиты сушатся в туннельных сушилках в течение 12-15 ч. по следующему режиму: испарение основной массы воды при температуре 200ºC – 5-6 ч., испарение оставшейся воды при температуре 120-130ºC – 4-6 ч., расплавление битума при 150-160ºC – 3 ч. Готовые плиты охлаждают вентилятором до температуры 30ºC.

Битумно-перлитовую или вермикулитовую массу изготовляют путем смешивания вспученного перлитового или вермикулитового песка с горячим нефтяным битумом марок не ниже БМ -70/30. полученную массу укладывают на поверхность кровельных покрытий или в формы для получения изделий и уплотняют. Кроме того, эту массу применяют в качестве изоляции стальных труб тепловых сетей.

Вспученный перлитовый или вермикулитовый песок, поступающий из бункера, смешивают в растворосмесителе с расплавленным и обезвоженным при температуре 150-180ºC битумом в течение 3 мин. После перемешивания горячая масса поступает в расходный бункер, откуда подается на пресс.

Перлитовые и вермикулитовые изделия на жидком стекле

Изделия на жидком стекле выпускаются двух видов – перлито - или вермикулитофосфогелевые и перлитовый обжиговый легковес.

Перлито - или вермикулитофосфогелевые изделия состоят из вспученного перлитового или вермикулитового песка (60-70% по массе) и жидкого стекла плотностью 1.3 г/см³ (40-30% по массе). Чтобы обеспечить равномерное твердение изделий по всей толщине и снизить их водопоглощение, в состав смеси вводят незначительное количество ортофосфорной кислоты и гидрофобизирующей (водоотталкивающей) добавки ГКЖ-10 или ГКЖ-11.

Изделия применяют для огнезащиты и тепловой изоляции строительных конструкций, горячих поверхностей оборудования и трубопроводов при температурах до 600ºC. При устройстве специального гидроизоляционного покрытия из бумаги, наклеенной битумом, плиты могут применяться для изоляции строительных конструкций при температурах от -80 до +60ºC.

Изделия выпускают в виде плит, полуцилиндров (скорлуп) и сегментов. По средней плотности изделия изготовляют от 200 до 300 кг/м³.

Технологический процесс изготовления изделий на жидком стекле включает в себя перемешивание компонентов в растворосмесителе, прессование и сушку. Время перемешивания должно быть не более 1 мин. для предотвращения разрушения зерен. Жидкое стекло используется товарное или оно готовится на заводе. Формовочная масса получается полусухая и сыпучая, поскольку ее относительная влажность не превышает 50%. Изделия формуются в прессе под давлением от 0.3 до 0.8 МПа или на конвейерной линии между двумя движущимися лентами. Тепловая обработка (сушка) изделий производится в туннельной или конвейерной сушилке при температуре до 350ºC. Продолжительность сушки изделий толщиной 60-100 мм составляет 4-6 ч. Высушенные изделия поступают на склад готовой продукции.

Перлитовый обжиговый легковес применяют для изоляции энергетического оборудования при температуре теплоизолируемой поверхности 600-700ºC, а также для теплоизоляции покрытий кровли по профилированному металлическому настилу. Технологический процесс этого материала отличается от описанного выше тепловой обработкой – вместо сушки материал обжигают при 800ºC в туннельных или конвейерных печах. Для получения 1 м³ обжигового легковеса расходуется 85-160 кг перлитового песка и 11-21 кг жидкого стекла (плотностью 1.4 г/см³). Средняя плотность изделия 100-200 кг/м³.

Плиты из перлитопластобетона

Их получают вспениванием при тепловой обработке композиции, состоящей из тонкоразмолотой смеси новолачной фенолформальдегидной смолы (65% по массе) и вспученного перлита (25%) с добавками отвердителя (уротропина) – 8,5% и газообразователя (порофора) – 1,5% от массы смолы. Плиты используют для тепловой изоляции строительных конструкций в промышленности и сельском хозяйстве. Температура применения от +150 до -50ºC. Средняя плотность плит 100-175 кг/м³.

Технологический процесс изготовления плит из перлитопластобетона включает в себя: дробление кусковой смолы, дозирование исходных компонентов, совместный помол компонентов, засыпку смеси в форму или в формующий агрегат и тепловую обработку для вспенивания и отверждения плит.

Вермикулитовые изделия также формуют, применяя синтетические смолы, но смесь не вспенивают. В изделие входит так же асбест.

Перлито - и вермикулитокерамические и легковесные изделия

Перлитокерамические изделия изготовляют из смеси вспученного перлитового песка 50-60% по массе и огнеупорной пластичной глины 40-50% по массе. Средняя плотность изделий 250-400 кг/м³.В состав изделий вводится небольшое количество воздухововлекающих полимерных добавок, снижающих их плотность. Изделия выпускаются в виде плит, кирпичей, полуцилиндров и сегментов.

Огнеупорную пластичную глину измельчают, замачивают водой и смешивают с перлитовым песком. Влажность гидромассы составляет 63-65% и 35-40% при полусухом формовании. Гидромасса подается в формующий конвейер или пресс; плиты формуются, а затем сушатся при 75-170ºC в течение 20-25 ч. Высушенные изделия обжигают в туннельных печах при температуре 850-900ºC. Общая продолжительность обжига составляет 20-26ч.

Крахмально-бентонитовые асбестовермикулитовые изделия изготавливают из вспученного вермикулита 68% по массе, асбеста 18% по массе, бентонитовой глины 10% по массе, крахмала 4%. Идет только сушка изделий. Средняя плотность 280-380 кг/м³.

Легковесные огнеупорные перлитошамотные изделия изготавливают на основе вспученного перлитового песка (13-3%), огнеупорной глины (16%) и шамота (71-81%). Средняя плотность – 400-800 кг/м³.

Жароупорный теплоизоляционный перлито - или вермикулитобетон

Они применяются для тепловой изоляции (футеровки) промышленных печей, дымовых труб и других тепловых агрегатов. Они являются разновидностью легких бетонов.

В состав бетонов входят в качестве заполнителя перлитовый или вермикулитовый щебень и песок, а в качестве вяжущего – портландцемент, жидкое стекло или глиноземистый цемент.

В зависимости от вида вяжущего температура применения их колеблется от 600 до 1000ºC. Изготовляют бетоны средней плотностью от 400 до 1000 кг/м³.

Сырьевые компоненты перемешиваются в бетоносмесителях принудительного действия. Весь цикл приготовления смеси составляет около 3 мин. Приготовленную смесь укладывают в металлические формы и уплотняют вибрированием. По окончании твердения (от 3 до7 суток) бетонные блоки (панели) распалубливают и пакуют. Твердение в автоклаве.

Керамические теплоизоляционные изделия

Эта группа материалов включает ряд разновидностей высокопористой керамики: диатомитовые (трепельные), перлитокерамические, огнеупорные (шамотные, динасовые), высокоглиноземистые, корундовые и др.

Во всех случаях в производстве этих материалов присутствует стадия обжига, что позволяет объединить их в одну группу керамических изделий.

Высокопористое строение этих изделий обеспечивается различными способами:

  1. Введение в формовочную массу пористых компонентов применяется при производстве керамических изделий мало (только перлит и шамот) из-за удорожания материалов и недостаточного снижения средней плотности;

  2. Метод вспучивания при обжиге применяется в промышленности крайне ограниченно из-за сложности придания изделиям требуемых размеров и формы. Необходимо иметь высокоогнеупорные формы либо прибегать к механической обработке после обжига;

  3. Способ введения выгорающих добавок применяется очень широко. Недостатки способа: сложность получения пористости более 65% и низкая прочность материала, особенно при повышении пористости. Однако этот способ технологичен, позволяет точно регулировать среднюю плотность изделий, при формовании изделий требуется меньшее количество воды, уменьшается время сушки сырца; при выгорании добавок образуются в перегородках микротрещины, которые увеличивают термостойкость изделий. Важнейшими факторами, влияющими на процесс выгорания органических добавок, являются: толщина обжигаемого изделия, его плотность, газопроницаемость, вид содержание и размер зерен добавки, режим обжига, расстояние между изделиями в садке, избыток воздуха в печных газах. На продолжительность выжигания добавки большое влияние оказывает крупность зерен, плотность и глубина запрессовки. Газовыделение продуктов сгорания должно происходить раньше процесса спекания, иначе могут образоваться трещины в изделии.

В качестве выгорающей добавки кроме опилок, золы можно использовать и вспученные зерна полистирола, фракции менее 0.5мм (отход производства). Пористость материалов увеличивается до 80%, прочность довольно высокая, а после сгорания полистирол не оставляет золы.

4) Пеновой способ получения пористой керамики имеет большое практическое значение. Он позволяет получать изделия с наибольшей пористостью. Способ основан на введение в керамический шликер пенообразователей или на смешивании заранее приготовленной пены со шликером. Изделия, получаемые этим способом, характеризуются высокой прочностью. Недостатки: (они технологического характера) применение способа связано с необходимостью тонко измельчать исходные материалы, чтобы предотвратить разрушение пены; способ связан с введением в формовочные массы большого количества воды затворения для получения устойчивой во времени пенокерамической массы. Высокая влажность пеномасс приводит к значительному увеличению продолжительности сушки сырца (иногда до 5 сут.). Изделия дают большую усадку, коробятся, их приходится обрезать и шлифовать. Производство перлитокерамических изделий мы рассмотрели выше.

Диатомитовые изделия

Основным сырьем для производства диатомитовых керамических изделий служат диатомиты и трепелы, представляющие собой кремнеземистые осадочные породы.

Диатомит – рыхлая, землистая, пористая и легкая осадочная горная порода, образованная из обломков панцирей диатомитовых водорослей, которые часто сохраняют свою структуру. Диатомит состоит в основном из аморфного кремнезема. Плотность диатомита 400…600 кг/м³. Пористость достигается 85..89%. Водопоглощение и абсолютная влажность 150% по массе. Цвет меняется от белого до светло-желтого в зависимости от наличия окислов железа. Огнеупорность от 1570 до 1650ºС. Добываются в карьерах открытым способом, снимая механизмами верхний слой.

Трепел – осадочная порода, аналогичная по свойствам диатомиту, имеющая такой же химический состав, но почти лишенная органических остатков.

Химический состав 80-90% SiO2, 5-10% Al2О3 и 2-3% СаО+MgO. Содержится некоторое количество связанной воды.

Наиболее крупные месторождения диатомитов и трепелов в Ульяновской области, Закавказье, в Московской, Орловской, Калужской областях, на Урале, Дальнем Востоке, Украине.

Теплоизоляционные изделия из диатомитов изготовляют в виде кирпича, сегментов и скорлуп и применяют до температур 800-900ºС. Производство изделий осуществляют двумя способами: способ выгорающих добавок и пеновой. Свойства изделий, получаемых различными способами – разные.

Способ выгорающих добавок

Обычно производство изделий организуется непосредственно в районе месторождения основного сырья и состоит из следующих операций: приготовления формовочной массы, формования, сушки и обжига изделий.

В качестве выгорающих добавок применяют древесные опилки, лигнин (отход гидролизной промышленности), нефтяные отходы и т.д. Количество выгорающих добавок зависит от теплоты их сгорания и составляет: 50% по объему формуемой массы – для древесных опилок, 25% - для лигнина, 15-20% - для нефтяных отходов.

Рис. 21. Схема получения диатомитовых изделий способом выгорающих добавок

Диатомит (трепел), поступающий с карьера, предварительно дробят, высушивают в сушильном барабане до влажности 10%, измельчают на вальцах или мельнице и просеивают через сито с отверстиями 5…6 мм. Возможен совмещенный помол и сушка. Опилки просеивают через сито с отверстиями не более 10 мм и подают в распределительные бункера.

Опилочно-диатомитовую массу готовят путем последовательного применения двух операций: сухого смешивания и смешивания с увлажнением в этом же смесителе. Для получения диатомитовых изделий с плотностью 500-700 кг/м³ содержание опилок должно составлять соответственно 35-25% (по массе). Формовочные диатомитовые массы должны иметь в пределах 60-65%, а при использовании трепела – 40-45%. После перемешивания формовочная масса поступает в ленточный пресс с мундштуками нужной конфигурации, который представляет собой винтовой конвейер. Масса выдавливается через прессовую головку в виде бесконечной ленты, форма которой определяется видом изделия. Лента разрезается на отрезки нужной длины.

Сушка изделий протекает в более жестких условиях, чем сушка обычного глиняного кирпича. Для сушки используются противоточные туннельные сушилки; общая продолжительность сушки не более 12 ч., температура сушки около 250-280ºС. Сушка производится дымовыми газами, которые движутся в туннеле навстречу сырым диатомитовым изделиям. Остаточная влажность сырца не более 15-17%, усадка изделий после сушки составляет 4-5%.

Обжиг изделий осуществляется в туннельных печах, что позволяет не делать перегрузку изделий из вагонеток.

Обжиг продолжается в течение 25 ч. Сначала поднимают температуру до 850-900ºС в течение 12 ч., после чего изделия выдерживают при этой температуре в течение 1 ч., затем их охлаждают до температуры 80…100ºС в течение 12 ч. Обжиг изделий проводят до спекания диатомитового сырья и образования керамического черепка. Необходимое для обжига изделий тепло выделяется в результате сгорания древесных опилок или других выгорающих добавок. Топливо затрачивается только на розжиг печи.

Пенодиатомитовые изделия

Способ выгорающих добавок не позволяет изготавливать изделия со средней плотностью ниже 500 кг/м³. пенодиатомитовые изделия могут иметь среднюю плотность 300 кг/м³, но изготовление их дороже.

Пенодиатомитовые изделия получают из смеси диатомита и пенообразующих веществ с возможной добавкой небольшого количества выгорающих опилок. Изделия формуют из гидромассы, сушат и обжигают.

В качестве пенообразующего вещества используют смолосапониновый пенообразователь, приготовляемый из мыльного корня, а также казеино-канифольного пенообразователя.

Диатомит, измельченный в молотковой дробилке и просеянный через сито, поступает в емкость трехбарабанной пенобетонной мешалки. В другой барабан загружают пенообразователь, где из него готовится техническая пена. Диатомитовый шликер и пена поступает в третий барабан, где готовится пенодиатомитовая масса. Время перемешивания не более 5 мин.

Формуют изделия путем заливки массы в стальные или алюминиевые очищенные и смазанные формы нужной конфигурации. Заливка осуществляется с помощью разливочной машины. Очень высокая влажность пеномассы 200-250%, обуславливает значительные усадочные деформации при сушке изделий от 5-7 до 20-25%. Это учитывается при изготовлении и заливке форм.

Изделия сушат в формах до остаточной влажности 10-12% - что замедляет сушку. Сушка проводится в туннельных противоточных сушилках на поточных вагонетках. Сначала температура 45-50ºС, чтобы избежать вспучивания массы, затем ее поднимают до 140ºС, сушка кирпича продолжается 48 ч., скорлуп и сегментов – 75-96 ч.

Обжигают пенодиатомитовые изделия в туннельных печах по одинаковому режиму с диатомитовыми изделиями на выгорающих добавок. Т.к. прочность диатомитовых изделий не велика, их следует упаковывать в картонную или деревянную тару.

Огнеупорные материалы

Они применяются широко в двух направлениях.

Первое – тепловая изоляция и тепловая защита. В этом случае эффективность огнеупоров определяется теплопроводностью и средней плотностью.

Второе – связано с использованием развитой поверхности высокопористых огнеупоров – фильтры, газораспределители, катализаторы в процессах, протекающих при высоких температурах. Они характеризуются пористостью, газопроницаемостью.

Пористые огнеупоры применяются главным образом для устройства тепловой изоляции промышленных печей, теплопроводов и другого термического оборудования. 50% - используют в черной металлургии, 20% - в машиностроении, остальные в промышленности строительных материалов, химии и др.

Для тепловой изоляции главным образом применяют шамотные и динасовые легковесы, стали использоваться высокоглиноземистые, при очень высоких температурах (выше 1450ºС) – корундовые.

Шамотные изделия входят в группу алюмосиликатных, которые в зависимости от содержания в них оксида алюминия подразделяются на: полукислые (Al2О3 до 28%), шамотные (28-45%), высокоглиноземистые (свыше 45%). Сырьем для производства алюмосиликатных огнеупорных изделий служат природные огнеупорные глины или их смеси с добавками оксидов.

Шамот – обожженная до спекания огнеупорная глина, подвергнутая затем измельчению. Шамот является отощителем, снижает усадки. Шамотными называют изделия, получаемые путем обжига сырца, изготовленного из огнеупорных глин или каолинов с отощением шамотом, полученным из тех же или близких по химическому составу глин. Средняя плотность шамотных легковесов 0.4 г/см³. Они по огнеупорности делятся на 4 класса О, А, Б, В, огнеупорность от 1750-1580ºС.

В нашей стране шамотные изделия производят способом выгорающих добавок, пеновым способом и введением в состав шихты пористых гранул, получаемых путем дробления обожженных пеношамотных масс.

Высокопористые теплоизоляционные изделия из чистых оксидов

Изделия из чистых оксидов (Al2О3, ВеО, ZrO2, MgO и др.) обладают кроме высокой огнеупорности (более 2000ºС) рядом ценных свойств (химической инертностью, низкой электропроводностью, высокой стойкостью к коррозии и др.), что позволяет их использовать в различных условиях. В производстве таких изделий широкое применение получил лишь способ выгорающих добавок.

Корундовая керамика

Содержит не менее 95% оксида алюминия в виде α - Al2О3 – минерала корунда, встречающегося в природе. Основное сырье – технический глинозем, содержание Al2О3 в котором составляет 97-99%.

При нагревании до 1600-1700ºС глинозем разлагается, в результате чего образуется α - Al2О3, а сопутствующие оксиды выделяются в газообразном состоянии.

Второй вид сырья для корундовой керамики – электрокорунд. Чаще всего используют белый электрокорунд, получаемый плавлением в электродуговых печах технического глинозема и последующим раздувом расплава. При этом образуются зерна корунда размером от нескольких микрон до нескольких десятков микрон. Содержание Al2О3 составляет 98% и более. Его вводят в состав шихты для снижения огневой усадки.

Промышленное производство корундовых легковесных изделий осуществляют способом литья, а поризацию – способом выгорающих добавок. Обжиг около 1400ºС.

Изделия характеризуются: средняя плотность 1.1-1.4 г/см³, прочность при сжатии 7-10 МПа, огнеупорность 1330ºС.

Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы

Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы различны по составу сырья, технологии и применению, но все они содержат асбест в количестве от 10 до 30% (по массе). В зависимости от состава сырья их можно разделить на ряд групп:

  1. Асбесто-известково-кремнеземистые материалы получают из асбеста, извести и кремнеземистого компонента с применением автоклавной обработки. Кремнеземистым компонентом служат песок, диатомит или трепел.

  2. Асбестомагнезиальные материалы представляют собой смесь асбеста и основной магнезиальной соли состава 4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O.

  3. Асбестодоломитовые материалы изготовляют из доломита и асбеста.

  4. Асбестотрепельные (диатомитовые) композиции – это сыпучие порошкообразные смеси, состоящие в основном из асбеста и трепела (диатомита) с добавками различных веществ.

  5. Асбестогипсовые материалы получают из свежеосажденного гипса и асбеста.

Наиболее эффективными по технико-экономическим показателям оказались асбесто-известково-кремнеземистые материалы. Намечается развитие их производства.

Асбест и его свойства

Асбестом называют минералы группы серпентинов или амфиболов волокнистого строения, способные при механическом воздействии разделяться на тончайшие волоконца.

По химическому составу асбестовые минералы являются водными силикатами магния, железа, кальция и натрия.

Волокнистое строение наиболее ярко выражено из асбеста серпентиновой группы, куда относится только один вид асбеста – хризотил-асбест, он больше всего применяется в промышленности, на его долю приходится 96% мировой добычи асбеста. Наиболее крупные месторождения на Среднем Урале, в Тувинской, Кустанайской, Оренбургской областях, а за рубежом – в Канаде и Южной Африке.

Из амфиболовых асбестов наибольшую промышленную ценность представляют крокидолит и амозит, крупные месторождения – в Африке. Амфиболовые асбесты более кислотостойки, чем хризотил-асбест, а некоторые более теплостойкие.

Мы будем рассматривать только хризотил-асбест.

Асбест хризотиловый представляет собой гидросиликат магния 3MgO·2SiO2·2H2O. Содержание окислов в % по массе следующее: MgO – 43.5; SiO2 – 43.5; H2O – 13. В состав хризотил-асбеста могут входить загрязняющие минеральные примеси. Карбонат кальция, например, вреден, он цементирует волокна асбеста, что снижает эластичность и распушиваемость волокон. Вода в асбесте содержится в виде связанной и адсорбционной.

Асбест имеет кристаллическую структуру волокнистого строения. Волокна хризотил-асбеста характеризуются плотной упаковкой элементарных волокон (фибрил). Каждая фибрила является трубкой. Стенки трубок образованы примерно 20 двойными ленточными слоями.

Механические свойства

Хризотил-асбест обладает высокой прочностью на разрыв по оси волокнистости. В зависимости от эластичности различают три разновидности: нормальную, полуломкую и ломкую. После деформации изгиба или скручивания механическая прочность волокон меняется – нормальное волокно сохраняет значительную долю начальной прочности, ломкое – ничтожную. Прочность волокон асбеста на разрыв составляет 3000 МПа, а например, капрона 600 МПа, стекловолокна 1300 МПа, стальной проволоки 1400 МПа.

Важная характеристика асбеста – модуль упругости, его средние значения от 16·104 до 21·104 МПа.

Температуростойкость

Хризотил-асбест несгораем, но при высоких температурах его физические свойства изменяются. При температуре 110ºС – прочность снижается на 10%, при 370ºС – на 25-30% - теряет адсорбционную воду, при 600ºС – на 77% при этом удаляется химически связанная вода, нарушается структура молекул решетки, что приводит к разрушению волокон. Это процесс необратимый. Поэтому температура применения изделий из асбеста ограничивается 600ºС. Хризотил-асбест плавится при 1500ºС.

Асбест обладает развитой поверхностью, поэтому имеет хорошие сорбционные свойства. Добытая в карьере асбестовая руда обрабатывается на обогатительных фабриках, где после ее дробления пустую породу отделяют от асбеста. В результате переработки образуются куски, иголки и волокна асбеста.

По степени распушки и сохранности пучков волокна после механического обогащения асбест делится на четыре вида: жесткий (Ж), промежуточный, полужесткий (П) и мягкий (М). В промышленности теплоизоляционных материалов обычно используют полужесткий асбест.

В зависимости от длины волокна после распушки и по содержании. Пыли (частиц менее 0.25 мм) и гали (частиц пустой породы более 0.25мм) асбест подразделяют на восемь сортов (0-7). Чем длиннее волокно, тем выше сорт асбеста. Для производства теплоизоляционных изделий используется 5 и 6 сорта (2.5-1 мм).

Качество хризотил-асбеста характеризуется его маркой, которая определяет текстуру и сорт асбеста, а также длину волокна в пределах данного сорта. Длину волокна оценивают как величину остатка (в %), получаемого при просеивании асбеста на сите. Условное обозначении марок включает три эти признака. Например, асбест мягкой текстуры VI сорта, дающий 30% остатка на сите, имеет марку М-6-30. Асбест самых коротковолновых сортов характеризуется сортом и средней плотностью, например, у асбеста VIII сорта, средней плотностью 750 кг/м³ марка 8-750.

Расщепляемость асбеста очень велика. Плотность хризотил-асбеста в зависимости от содержания химически связанной воды и железа находится в пределах 2.4-2.6 г/см³.

При производстве теплоизоляционных материалов асбестовое волокно дополнительно подвергается расщеплению – распушке. При этом возрастает его удельная поверхность, что создает благоприятные условия для образования большого количества пор.

Распушка асбеста производится обычно в два этапа – обмятие на бегунах и затем обработка в быстроходных вертикальных пропеллерных мешалках, работающих в замкнутом цикле.

Бегуны представляют собой два катка катящиеся в горизонтальной чаше.

Под давлением катков слегка смоченных водой (до 20…30%) волокна обминаются, расщепляются и перемешиваются. После обработки на бегунах асбест поступает в быстроходный пропеллерный смеситель, частота вращения которого 500-700 об/мин. В смесителе асбест разбавляется водой в соотношении 1:20 по массе. Время мокрой распушки 15-20 мин.

Добавка асбестового волокна к основному компоненту теплоизоляционного материала способствует снижению средней плотности, повышению прочности, предотвращает трещинообразование, как в процессе сушки, так и при эксплуатации.

Асбестотрепельные материалы

Наиболее широко распространен асбестотрепельный материал – асбозурит, состоящий из 15-30% (по массе) асбеста и 70-85% трепела. Материалы с добавками слюды, шиферных отходов, вермикулита называют асбослюдой, асботермитом, асбозонолитом.

Это порошки, которые при затворении водой применяют как мастичную изоляцию, главным образом для заделки швов. Например, Асбозурит – материал, в состав которого входит не менее 15% асбеста 6-го сорта. Он применяется в виде мастики при температуре не более 900ºС, нанося ее на предварительно нагретую до 150ºС поверхность. По плотности мастика разделяется на три марки: 600, 700, 800, теплопроводность мастики при температуре 298ºК (25ºС) в зависимости от марки колеблется от 0.17 до 0.22 Вт/(м·К)

Асбестодоломитовые (совелитовые) изделия

Совелит – теплоизоляционный материал, состоящий из основного углекислого магния MgCO3, углекислого кальция СаСО3 и распушенного асбеста. Сырьем для производства совелита служат доломит и асбест не ниже 6-го сорта. Доломит – осадочная горная порода, состоящая из карбоната кальция и магния СаСО3·MgCO3. Требуется доломит с содержанием окиси магния не менее 18%.

Совелитовые изделия выпускаются в виде плит, реже в виде полуцилиндров и сегментов. Совелитовые изделия применяют для тепловой изоляции промышленных установок и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 500ºС. По плотности изделия делятся на марке 350 и 400.

Технологический процесс производства совелитовых изделий состоит из: распушки асбеста, сортировки и обжига доломита, гашения его после обжига, карбонизации доломитового молока, перекристаллизации соли магния, формования и тепловой обработки. Доломит определенного фракционного состава вместе с углем поступает в шахтную пересыпную печь для обжига. Обожженный при температуре 900-1000ºС доломит, представляющая собой смесь окисей магния и кальция, подается в гасильный аппарат, где образуется доломитовое молоко. Для гашения используется горячая вода температурой 60-70ºС. Затем молоко разбавляется холодной водой. При гашении обожженного доломита получаются мелкие частицы плотного продукта обжига.

Полученное доломитовое молоко подвергается карбонизации, т.е. насыщается углекислым газом. Для этой цели используют углекислый газ, полученный в шахтной печи при обжиге доломита и охлажденный. Карбонизация молока проходит в аппаратах – карбонизаторах при давлении 0.1-0.15 МПа при 25-35ºС. В результате получается мелкий осадок углекислого кальция и игольчатые кристаллы трехводного углекислого магния.

Для получения основы совелита – легкой магнезии – в проваривателе (перекристаллизаторе) происходит перекристаллизация магнезиальной составляющей – трехводного углекислого магния в доломитовом молоке при температуре 95-98ºС. В проваривателе вместе с молоком находится асбест, предварительно прошедший дополнительную распушку на бегунах. В процессе перекристаллизации при работающем смесителе проваривателя сначала перекачивается карбонизированное молоко, а затем подается асбестовая взвесь, предварительно приготовленная в смесителе. Насыщенный пар давлением 04.-0.6 МПа подается после окончания загрузки асбестовой взвеси, температура смеси достигает 96-98ºС.

В результате химической переработки доломита содержание углекислых солей кальция и магния в совелитовой гидромассе достигает 85% по массе. Из полученной гидромассы на прессах при удельном давлении от 0.5 до 1.2 МПа формуют совелитовые изделия – плиты или скорлупы. При этом систематически проверяют температуру и относительную влажность гидромассы (80-90 ºС, 91-92%).

Отпрессованные изделия с относительной влажностью до 75% подвергают тепловой обработке – сушке и прокаливанию.

В результате прокаливания совелитовых изделий на 13- 15% снижается их плотность, при этом незначительно снижается механическая прочность. Основная масса карбоната магния переходит в окись магния с выделением углекислого газа, а карбонат кальция остается без изменений.

Температура теплоносителя в зоне прокаливания должна быть равна 450-600 ºС и со стороны загрузки сырых изделий – 120 ºС. Продолжительность тепловой обработки 14-16 ч. влажность изделий не должна превышать 1,5%.

Совелитовые изделия должны быть правильной формы с прямыми ребрами с углами и ровными гранями, иметь равномерную толщину и однородное строение без пустот и раковин. Изделия упаковывают в деревянные решетчатые ящики. Хранят их в закрытых помещениях в условиях, не допускающих их увлажнения и повреждения.

Асбестоизвестковые кремнеземистые изделия

Их изготовляют из извести, кремнеземистого материала (диатомита, трепела, кварцевого песка), асбеста и воды путем автоклавной обработки. Такие изделия выпускаются в виде плит и полуцилиндров и применяют для тепловой изоляции горячих поверхностей трубопроводов и промышленного оборудования с температурой до 600ºС. Плотность изделий 200-225кг/м³, предел прочности при изгибе 0.3-0.35 МПа, теплопроводности 0.062-0.065 Вт/м·К.

Известково-кремнеземистые изделия изготовляют по литьевой технологии иногда применяется фильтр-прессовая технология.

Литьевая технология

В этом случае используют формовочную гидромассу с основностью известково-кремнеземистой смеси:

(CaO+MgO)акт/(SiO2+Al2O3)=0.65-0,8

Содержание асбеста – 20-25% по массе. Относительная влажность гидромассы 80-82%. В качестве кремнеземистого компонента применяют породы с большим содержанием высокодисперсного активного кремнезема – трепелы, диатомиты, реже кварциты и кварцевые пески.

В основе технологического процесса лежит химическое взаимодействие в процессе тепловлажностной обработки гидрата окиси кальция Са(ОН)2 (гашеной извести) с двуокисью кремния SiO2, содержащейся в диатомите и др. В результате этого взаимодействия образуются гидросиликаты кальция, которые придают изделиям прочность. Асбестовое волокно играет роль армирующего вещества.

Известь получают из известняка в шахтной печи и гасят, получая известь-пушонку. При производстве известково-кремнеземистых изделий состав по массе в % формовочной массы: известь – 30, гипс – 10, диатомит – 45, асбест 6-го сорта – 15. Относительная влажность формовочной массы 80-82% по массе.

Гашение извести, дробление гипса, распушка асбеста производится непосредственно перед использованием.

Основность известково-кремнеземистой смеси:

(CaO+MgO)акт/(SiO2+Al2O3)=0,65-0,8

Известь гасят в молоко в известегасильном аппарате. Молоко насосом или самотеком подают в расходные мешалки. Активность известкового молока должна быть не менее 60% в пересчете на сухое вещество.

Известковое молоко смешивают с кремнеземистым компонентом и водой в мешалке до получения известково-кремнеземистого шлама относительной влажностью 70-72%.

Рис. 21.

Асбест загружают в бегуны порциями по 125-170 кг, увлажняют из мерного бачка до относительной влажности 20-30%, обминают в течение 20-30 мин. порцию обмятого асбеста размешивают с водой в соотношении 12:1 (вода: асбест). Распушивают асбест путем обработки асбестовой пульпы в быстроходной пропеллерной мешалке в течение 15…20 мин. Степень распушки должна быть не менее 60%.

Известково-кремнеземистый шлам размалывают в вибромельницах до частиц менее 0.085 мм. Шлам и асбестовую суспензию дозируют в расчетном соотношении по объему и смешивают в мешалке для получения гидромассы. Чтобы сократить сроки твердения при тепловлажностной обработке, в мешалку добавляют гипс.

Компоненты перемешивают в мешалке до получения гомогенной гидромассы в течение 15-30 мин. Гидромассу заливают в смазанные металлические сварные формы. Борта форм выполнены с уклоном для облегчения выемки затвердевших изделий. Массу заливают через патрубки с пробковыми кранами. При изготовлении известково-кремнеземистых изделий применяют совмещенный метод тепловлажностной обработки и сушки изделий под давлением в автоклаве.

В автоклав, загруженный формами с гидромассой, подается неострый пар. Теплоноситель поступает в нагревательные панели, установленные внутри автоклава. Масса в формах нагревается, вода постепенно начинает испаряться и давление в нем растет. Когда давление достигает 0.8-1 МПа, избыточный пар сбрасывается через клапан, поддерживая давление на заданном уровне. Пар выпускают из автоклава до тех пор, пока влажность изделий не достигнет заданной величины. При этом образуется структура материала и производится сушка изделий в одном аппарате, что сокращает время изготовления изделий.

Режим совмещенного процесса для плит размером 1000х500х80 мм следующий: подъем давления в автоклаве до 0.8-1 МПа – 1ч; сушка при давлении 0.8-1 МПа и температуре 230-250ºС – 18 ч; сброс давления до атмосферного – 3 ч; конечная абсолютная влажность плит – 10-15%.

Изделия после тепловлажностной обработки подвергаются механической обработке. Затем электрокарами они транспортируются на склад готовой продукции, где укладываются в штабеля высотой до 1.5 м.

Фильтр-прессовая технология

Состав гидромассы, подготовка компонентов и помол известково-диатомитового шлама такой же, как и при литьевой технологии. Гидромасса разбавляется водой до В/Т=13-14 и нагревается острым паром до температуры 95-96ºС в мешалке. После выдерживания гидромассы при температуре 95ºС в течение 2-3 ч. изделия формуют методом фильтр-прессования. Отформованные изделия с влажностью 78-80% направляют в контейнере на гидротермальную обработку и сушку в автоклав совмещенной обработки. По окончании обработки кран-балка переносит контейнер с изделиями на склад готовой продукции, где изделия укладываются в штабеля.

Фильтр-прессовая технология по сравнению с литьевой упрощает технологический процесс, улучшает санитарно-технические условия, т.к. не нужны формы и механическая обработка изделий.

Асбестомагнезиальные изделия

Они представляют собой смесь асбеста и основной магнезиальной соли (магнезия-альба) состава 4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O. Основной гидрокарбонат магния имеет много воздушных пор, которые находятся между его мельчайшими кристаллами. Магнезию-альбу изготовляют из магнезита, доломита или рапы (морская вода с высокой концентрацией соли). Наиболее распространен магнезиальный порошок – ньювель. Это высококачественный теплоизоляционный материал, однако, вследствие сложности технологического процесса он оказался менее конкурентоспособным, чем другие теплоизоляционные материалы.

Магнезия «Ньювель» - порошкообразный материал, состоящий из магнезии (карбоната магния) – 85% и асбеста не ниже 3-го сорта – 15%. Сырьем для производства магнезии служит магнезит – горная порода, состоящая из углекислой соли магния. Магнезия – это мелкокристаллический порошок высокой пористости (до 94%) и малой плотности. Плотность магнезии «Ньювель» составляет не более 198 кг/м³, а теплопроводность – 0.08 Вт/(м·К). Из «Ньювеля» получают изделия в виде скорлуп, плит, сегментов плотностью до 300 кг/м³ и теплопроводностью 0.1 Вт/(м·К). Предельная температура применения этого материала 330ºС.

Технология органических изоляционных материалов

Древесноволокнистые плиты

Древесноволокнистыми плитами (ДВП) называют крупноразмерные изделия в виде листов, получаемые последовательным измельчением древесины в волокнистую массу, формованием из неё плит и тепловой их обработки. В зависимости от назначения и свойств они делятся на: изоляционные (мягкие плиты), используемые для устройства тепло- и звукоизоляции зданий, и твёрдые (полутвёрдые, твёрдые и сверхтвёрдые плиты), применяемые в качестве отделочного и конструктивного материала для строительства, мебельного, тарного и других производств.

Виды и свойства ДВП

ДВП различаются по внешнему виду, размерам и свойствам. В зависимости от степени уплотнения при изготовлении ДВП могут быть мягкими (М), полутвёрдыми (ПТ), твёрдыми (Т) и сверхтвёрдыми (СТ). Здесь основным показателем служит средняя плотность.

Поверхность плит бывает необработанной, покрытой краской либо эмалью или облицованной плёнкой, чаще всего имитирующей текстуру ценных пород древесины.

Плиты могут быть сплошными, перфорированными с несквозной или сквозной круглой или щелевидной перфорацией, однослойными, либо двухслойными.

Одним из основных достоинств древесноволокнистых плит является анизотропия свойств у изделий больших размеров.

Прочность плит при растяжении меньше прочности при изгибе в 1,5 раза. Пористость ДВП можно регулировать, изменяя тонкость помола волокна, давление подпрессовки при отливе ковра и другие технологические факторы. Пористость ДВП важна только для мягких видов, используемых для теплоизоляции и звукопоглощения. Пористость мягких плит достигает 30%.

Водостойкость ДВП всех видов невысока. У мягких плит она достигает за 2 ч. 12-13%, водопоглощение твёрдых плит 7-12%, гигроскопичность мягких плит при относительной влажности воздуха 100% составляет 10-12%, а твёрдых 7-8%.

Влажные плиты разбухают, особенно у кромок коробятся, прочность их снижается, а теплопроводность возрастает, развиваются грибки.

Для придания плитам водоотталкивающих свойств их пропитывают гидрофобными веществами перед отливом гидромассы на отливной машине либо после прессования, которому подвергаются только твёрдые плиты.

Теплопроводность плит низкая, а её абсолютные значения зависят от пористости и влажности. Теплопроводность у мягких плит – 0,054-0,093 Вт/(моС), для твёрдых – 0,163-0,233 Вт/(моС).

ДВП легко воспламеняются и могут долго тлеть. Повышают их огнестойкость, вводя в гидромассу антипирены или покрывая готовые плиты огнезащитными составами. Предельная температура применения ДВП – 100оС. Они обладают хорошими акустическими свойствами, для большего усиления этих свойств на поверхности плит нарезают канавки или наносят перфорацию.

Сырьевые материалы

ДВП можно изготовлять из любого волокнистого материала растительного происхождения, если его волокна достаточно длинные, гибкие и прочные.

Сырьём для производства ДВП служит древесина, а также стебли некоторых растений. Можно использовать непромышленную древесину хвойных (сосна, ель, пихта, кедр) и лиственных (осина, берёза, тополь, ива, липа) пород; отходы при заготовке леса (сучья, ветви), отходы от распила (горбыль, рейка) и деревообработки; отходы целлюлозно-бумажной промышленности (сучки, непроваренные волокна), макулатуру и др. Что применять, зависит от стоимости доставки и заготовки в данном районе.

Основным видом сырья служит древесина. Она состоит из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы, образующих оболочку клеток, а также смол, эфирных масел, дубильных веществ, красящих, веществ.

Целлюлоза – химически стойкое вещество, не растворяющееся в воде и гидролизующиеся (распадается под действием воды на отдельные молекулы) при давлении 1-1,5 МПа и температуре 180оС . Строение её кристаллическое, состоит она из кристаллитов-мицелл в виде палочек длиной 500-700оА и толщиной 50-60оА. Мицеллы образуют фибриллы толщиной 3000-5000оА. Фибриллы и мицеллы составляют клетки удлинённой волокнообразной формы. У древесины хвойных пород клетки длиннее и прочнее, поэтому ей отдаётся предпочтение. Особенно при изготовлении плит мокрым способом, где содержание лиственных пород должно быть не более 30%.

Лигнин является аморфным веществом со сложным химическим составом. Химически он менее стоек по сравнению с целлюлозой, но он гидролизуется. В производстве ДВП лигнин повышает выход массы и в процессе прессования способствует образованию дополнительных связей между волокнами. Гемицеллюлоза по составу близка к целлюлозе и состоит из пентозанов и гексозанов. Гексозаны при горячем прессовании гидролизуются и способствуют образованию смолоподобных продуктов.

Технология ДВП

Получение ДВП состоит из двух основных этапов: последовательного измельчения древесины в волокнистую массу и изготовления из неё плит. Распространены два способа производства ДВП – мокрый и сухой. При сухом способе изделия изготавливают из сухой волокнистой массы, при мокром из гидромассы. Мокрым способом можно получать плиты всех видов, а сухим – только твёрдые и сверхтвёрдые.

Физико-химические основы получения ДВП

Принцип производства ДВП основан на свойствах растительных волокон образовывать каркас в процессе удаления воды из суспензии волокна на сетке. При мокром способе в процессе формирования полотна гидромасса обезвоживается сначала за счёт свободной фильтрации воды через сетку, а затем с помощью вакуумирования и подпрессовывания происходит свойлачивание волокнистого ковра.

Если масса состоит из коротких волокон, ковёр получается рыхлый и прочность плит невелика; если волокна длинные, то свойлачивание большое, прочность высокая, однако плохо удаляется вода из гидромассы.

Мягкие ДВП получают только формованием ковра на сетке. Полутвёрдые и твёрдые плиты должны обладать более высокой прочностью, поэтому после формования полотна его подвергают горячему прессованию. При прессовании происходит сближение волокон, увеличивается их сцепление, а значит и прочность плит. Под действием высокой температуры Гексозаны, входящие в гемицеллюлозу, гидролизуются и способствуют образованию смолоподобных продуктов, которые являются связующими.

Сухой способ получения ДВП предусматривает образование ковра в воздушном потоке, потому значение переплетения волокон здесь невелико. Прочность плит, полученных сухим способом, обеспечивают, вводя специальные связующие в момент переработки щепы в волокно. При горячем прессовании под действием высокой температуры пропитанные волокна склеиваются, происходит отвердение связующего. Мы рассмотрим мокрый способ приготовления ДВП.

Производство ДВП мокрым способом

Приготовление щепы. Поступившее на завод сырьё окоривают в корообдирочных барабанах, водоструйных корообдирках или на ножевых корообдирочных станках. Кора ухудшает внешний вид плит, увеличивает их водопоглощение и снижает механическую прочность.

Длинномерную древесину распиливают дисковыми пилами с горизонтальной (балансирные пилы) или вертикальной (маятниковые пилы), качающейся рамкой на балансирных станках.

Толстые чурки раскалывают на дровокольных станках неподвижным или движущимся поступательно-возвратно клином.

Щепа для приготовления волокна должна быть следующих размеров: длина вдоль волокон 10-35 мм, поперёк волокон – до 25мм, толщина щепы не должна превышать 7мм.

Содержание гнили в щепе не более 5%. Крупная щепа снижает производительность машин, мелкая щепа влияет на уменьшение прочности плит.

Для получения щепы применяют дисковые либо барабанные рубильные машины. Механизмом резания рубильных машин является диск или барабан с закреплёнными на нём режущими ножами. При измельчении щепа получается разных фракций, поэтому её сортируют на сортировочных машинах. Перед сортировкой она проходит электромагнит для отделения металлических включений. Щепу кондиционных фракций промывают сначала в промывочном баке при полном погружении щепы в воду, а затем на обезвоживающем винтовом конвейере, где щепу дополнительно обрабатывают свежей водой. Затем щепа подаётся к размолочным агрегатам, где превращается в волокнистую массу.

Получение древесного волокна. Размол древесины состоит в разделении щепы вдоль волокон на пучки волокон или отдельные волокна, укорачивания их и дальнейшего расщепления волокон в продольном направлении. Размол может быть тонким и грубым. Тонкий размол характеризуется длинными, тонкими, гибкими, медленно обезвоживающимися волокнами, что обеспечивает хорошее переплетение волокон и высокую прочность плит. При грубом размоле масса состоит из укороченных либо неукороченных, плохорасщеплённых волокон, быстро отдающих воду и образующих рыхлый ковёр с плохим переплетением волокон. Если волокна настолько укорочены, что не образуют переплетения и свежесформированное полотно не обладает транспортной прочностью, размол называют “мёртвым”.

Таким образом, тонкость помола массы определяет скорость её обезвоживания, для её определения сконструированы специальные приборы. Средняя длина и диаметр волокон древесной массы составляют соответственно от сотых долей миллиметра до 3-4 мм и 30-50 мм.

Существует три способа получения волокна из древесины: механический, термомеханический и химико-механический.

Механический основан на истирании чурков быстровращающимися рифлёными дисками или цилиндрами с прогревом или без прогрева древесины, с использованием химических средств облегчающих размол или без них. Этот способ практически не нашёл применения.

Термомеханический способ заключается в нагреве древесины горячей водой (не ниже 70оС) или паром высокого давления и последующем расщеплении древесины на волокна между двумя рифлёными дисками, вращающимися с разной скоростью или в разные стороны. Под действием тепла и влаги лигнин древесины размягчается, ослабляя связи между волокнами. Способ характеризуется сохранением структуры волокон при высокой тонкости помола. В зависимости от требуемой тонкости размол осуществляют в одну или в две стадии. Для первичного размола применяют быстроходные рафинеры и дефибраторы, для повторного – рафинаторы, рафинеры, голлендеры. Этот способ наиболее распространён, он требует малых затрат энергии.

Химико-механический способ основан на различной растворимости компонентов древесины в слабом растворе щёлочи и реализуется в два этапа: проваривание древесной щепы в слабом щелочном растворе и механический размол проваренной щепы. При варке древесины в горячем слабощелочном растворе происходит полное постепенное растворение лигнина и других веществ, соединяющих волокна. Это способствует получению эластичных длинных волокон, пригодных в производстве высококачественных мягких плит. Но способ не получил широкого распространения из-за сложности процесса и малого выхода древесины (60%).

Полученную при первичном размоле древесную массу разбавляют водой до концентрации 0.3-0.5% и подвергают мокрой сортировке, а недомолотые и плохо гидратированные частицы сгущают до концентрации 4-5% и измельчают вторично.

Проклейка ДВ массы. Из размольных агрегатов волокнистая масса поступает в массные бассейны для выравнивания концентрации и обработки эмульсиями химических веществ (проклейки), чтобы улучшить свойства готовых плит. Прочность ДВП повышают проклейкой массы водными эмульсиями окисляющих масел (льняного, конопляного), либо синтетических (фенолформальдегидных) смол. Повышение водостойкости обеспечивается введением гидрофобных эмульсий, в основном парафиновой, канифольной, битумной в количестве до 2%.

Осаждается эмульсия на волокно в кислой среде рН=4-5. Для получения такой среды в гидромассу вводят осадительную серную кислоту (1%) или сернокислый глинозём (0,5%).

Для повышения биостойкости в гидромассу вводят антисептики (фтористый и кремнефтористый натрий, креозол). Огнестойкость повышают за счёт введения антипиренов (сернокислого аммония, железоаммонифосфата). Однако введение этих водорастворимых добавок эффективно лишь при сухом способе производства. При производстве плит мокрым способом значительная часть добавок уходит с отжимными водами. Вводят добавки при интенсивном перемешивании гидромассы в ящике непрерывной проклейки. Проклеенную массу разбавляют водой до концентрации 0,9-2,2% и подают в отливочную машину.

Формование плит. Обезвоживание волокнистой массы на отливочных машинах происходит последовательно путём свободной фильтрации воды через сетку, отсоса её вакуумированием и отжима прессованием.

При фильтрации взвешенные волокна сближаются и переплетаются, происходит свойлачивание. Гидромасса обезвоживается и на сетке машины формируется ковёр с относительной влажностью 90-92%. Дальнейшее понижение влажности ковра (до влажности 65-70%) производят вакуумированием и отжимом.

Формование ДВП осуществляют на отливочных машинах трёх основных типов: периодически действующих с формующим ящиком, длинносеточных вакуумфильтрующих непрерывного действия. Больше всего применяют длинносеточные отливочные машины.

Гидромасса через щель поступает на непрерывно движущуюся ленту отливочной машины, ограждённую бортами. Чтобы улучшить переплетение волокон, на отливочных машинах устанавливают вертикальный вибратор. При концентрации массы 7-10% свободная фильтрация воды прекращается, и гидромасса поступает в отсасывающую часть машины, где концентрация её повышается до 12-16%. Дальнейшее обезвоживание полотна происходит между двумя сетками в прессовой части машины, состоящей из системы нескольких прессов. По мере прохождения ковра через прессы давление на него увеличивается. Отформованный влажный ковёр, пройдя пилы продольной и поперечной резки, подвергается тепловой обработке.

Тепловая обработка плит. Мягкие плиты с относительной влажностью 60-65% сушат в трёхзонных многоэтажных роликовых сушилках непрерывного действия в процессе противоточной сушки с рециркуляцией. Длина роликовых сушилок достигает 30-90 м, чаще 36 м; длительность сушки при температуре 130-160оС – около 3 часов. В конце сушки предусмотрена зона охлаждения.

Твёрдые плиты влажностью 65-70% подвергают прессованию в горячих гидравлических многоэтажных прессах, обогреваемых паром высокого давления или электричеством. Применение горячего прессования обеспечивает удаление влаги и сближение волокон, при котором между волокнами возникают внутренние молекулярные силы сцепления. Высокая температура прессования (свыше170оС) способствует размягчению оставшегося лигнина, что увеличивает пластичность волокон и их большее уплотнение при прессовании. В отечественной практике применяют горячие гидравлические прессы общей мощностью 4-5,3 тыс. т. с давлением при прессовании до 5,5 МПа. Длительность цикла прессования составляет 8-15 мин.

Для повышения качества твёрдых плит после прессования их пропитывают высыхающими маслами – тунговым, льняным и т.п. Пропитку ведут, погружая плиты в ванну с горячим маслом (110-120оС), в течение 30 сек. Для понижения водопоглощения и повышения прочности твёрдые плиты подвергают закалке горячим воздухом с температурой 150-170оС в закалочных камерах в течение 2-3 часов. Из камеры плиты выходят сухими и для избежания коробления их пропускают через увлажнительные камеры до достижения влажности 6-10%. В камерах используют в течение 6-8 часов прогретый воздух. Плиты раскраивают в соответствии в заданными размерами на форматно-обрезных станках. Отделка заключается в окраске эмалями или облицовке твёрдых плит плёнками.

Применение ДВП. Мягкие ДВП широко используются в строительстве для утепления стен, полов и потолков щитовых панельных и каркасных домов стандартного домостроения. Их также применяют в качестве выравнивающих слоёв под твёрдые покрытия полов и звукоизоляционных прокладок.

Твёрдые ДВП идут для облицовки каркасных перегородок, стен и потолков жилых, общественных и производственных зданий, для изготовления щитовых дверей, деталей встроенных шкафов, мебели, тары различных видов.

Фибролит

Фибролит представляет собой плитный материал из спрессованной древесной шерсти, склеенной затвердевшим минеральным вяжущим. По назначению фибролит может быть теплоизоляционным, теплоизоляционно-конструкционным и акустическим. В СССР фибролит выпускают более чем на 40 предприятиях общим объёмом около 3 млн. м3 плит в год – это свыше 9 % общего выпуска теплоизоляционных материалов. Известны разновидности фибролита: магнезиальный, магнезиально-доломитовый, термоксизол, известковый, цементно-известковый, известково-трепельный, гипсовый.

Свойства цементного фибролита

Пористость. Фибролит имеет крупнопористое неоднородное волокнистое строение с сообщающимися порами. При средней плотности 300-500 кг/м3 пористость 87-77%.

Плотность и прочность. В зависимости от средней плотности выпускают фибролит марок 300, 350, 400 и 500. 80% объёма продукции занимает фибролит с маркой 300. Средняя плотность у теплоизоляционного фибролита 300-350 кг/м3, акустического 350-400, теплоизоляционно-конструкционного – 400-500 кг/м3. С увеличением средней плотности увеличивается прочность на изгиб, огнестойкость плит, теплозащитные свойства ухудшаются. На прочность фибролита влияют также размеры и качество древесной шерсти, расход вяжущего, толщина плит, усилие прессования, режим тепловой обработки. Прочность на изгиб фибролита составляет 0,4-1,2 МПа. У фибролита мягкая водостойкость, его защищают от увлажнения. Водопоглощение составляет 35-60%, что снимает прочность в 1,5-2 раза. Гигроскопичность цементно-фибролитовых плит маленькая.

Теплопроводность. Фибролит имеет низкую теплопроводность 0,099-0,151 Вт/(моС). Но при увлажнении плит на 1% теплопроводность повышается на 5-14%.

У фибролита хорошее звукопоглощение благодаря открытой сильно развитой пористой структуре. Коэффициент звукопоглощения неоштукатуренных плит при частоте колебаний 1000Гц и толщине плит 30 мм составляет 0,4.

По огнестойкости фибролитовые плиты относятся к трудносгораемым материалам; фибролит не горит, но тлеет. В сухом состоянии фибролит биостоек, но при увлажнении свыше 35% он поражается домовым грибом. Фибролит легко подвергается механической обработке, хорошо держит гвозди, он хорошо поддаётся оштукатуриванию и окраске.

Сырьевые материалы. Сырьём для изготовления цементного фибролита является древесина в виде древесной шерсти, цемент, минерализующие добавки, вода.

Древесную шерсть получают из неделовой древесины в виде дровяника, тонкомерного кругляка и отходов лесопиления без гнили. В древесине содержатся водорастворимые вещества, простые сахара, которые вредно влияют на процессы схватывания и твердения цемента. Содержание этих веществ зависит от породы, части дерева и его возраста, времени рубки, сроков выдержки на складах. Наименьшее количество веществ у ели, затем идут пихта, тополь, сосна. Поэтому древесную шерсть получают преимущественно из хвойных пород.

Древесная шерсть – длинная тонкая древесная стружка длиной 200-500 мм, шириной 25 мм и толщиной 0,3-0,5 мм. Если толщина меньше – снижается прочность плит; - больше – стружка менее эластичная и ломкая. В качестве добавки иногда используют обычную древесную стружку от строительных станков.

Для изготовления фибролитовых плит обычно применяют портландцемент марки не ниже 400, быстротвердеющий цемент либо шлакопортландцемент. Выбор марки зависит от назначения фибролита. Для нейтрализации вредного действия на цемент водорастворимых веществ шерсти и улучшения её сцепления с цементом, древесную шерсть пропитывают растворами минеральных веществ – минерализаторов. Это хлористый кальций, растворимое стекло и др. Вводят минерализатор в строго определённом количестве, отклонение резко снимает прочность плит.

Технология цементного фибролита

Физико-химическая основа технологии. Получение фибролитовых плит основано на возможности получения из древесины длинной стружки и её скрепления гидравлическим вяжущим.

Особенности взаимодействия древесины с цементом. Древесина содержит сложный комплекс веществ органического происхождения: целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозу, экстрактивные и смолистые вещества, простейшие сахара и минеральные соли. При попадании в щелочную среду раствора цемента гемицеллюлоза гидролизуется и переходит в простейшие водорастворимые сахара (сахарозу, фруктозу, глюкозу), являющиеся сильнейшими “цементными ядами”. Остальные вещества древесины не оказывают влияние на процесс твердения цемента. Простейшие сахара же замедляют процесс твердения цемента вплоть до полного прекращения, снижают его прочность. Для устранения вредного действия сахаров проводят специальную биохимическую, физическую и химическую обработку древесины.

Производство фибролитовых плит

Оно может быть организованно по сухому и мокрому способу.

Мокрый способ заключается в окунании древесной шерсти в ванную с водным раствором цемента и минерализатора с последующим удалением излишнего раствора на виброгрохоте. Этот способ требует постоянного перемешивания цементного раствора во избежание его расслоения, введения в массу большого количества воды, что отрицательно сказывается на качестве плит. Кроме того, цемент часто отверждается в ванне, что приводит к значительным потерям материала и рабочего времени. Наиболее распространён сухой способ изготовления цементного фибролита, включающий получение шерсти, приготовления формовочной смеси, формование, прессование и тепловую обработку плит.

Подготовка сырья. Поступающую на завод древесину окоривают и отправляют на выдержку, чтобы устранить вредное действие “цементных ядов”. Древесину выдерживают на открытом воздухе не менее 4-6 весенне-летних месяцев. Под действием солнечных лучей и тепла происходит окисление веществ и перевод простейших сахаров в менее растворимые формы. После выдержки древесину распиливают на чурки, удаляют гниль и другие пороки. Затем чурки попадают к древошерстным станкам. Строгальные ножи, укреплённые по торцам ножевой плиты станка, сострагивают шерсть параллельно волокнам древесины. Затем шерсть подсушивают до влажности 20-22% с целью уменьшить отрицательное воздействие экстрактивных веществ на цемент и улучшить минерализацию шерсти, т.к. чем суше древесина, тем глубже проникает в поры раствор минерализатора.

Приготовление формовочной смеси. Минерализацию древесной шерсти проводят, окуная её или обрызгивая 3-4%-ным водным раствором хлористого кальция или растворимого стекла на различных устройствах – шерстетрясах, конвейере с перфорированной лентой, в барабанных смесителях. На шерстетрясах из древесной шерсти отсеивается мелочь и стряхивается излишек раствора минерализатора. Влажность минерализованной шерсти 140-160%. Если используют затем белитовый цемент с малым содержанием алита С3S, то обработку шерсти минерализатором не проводят.

Количество цемента в фибролите зависит от марки плит и вида шерсти. Для плит марки 300 соотношение по массе между древесной шерстью и цементом колеблется в пределах от 1:2,3 до 1:2,7. Влажность шихты для получения плит хорошего качества должна быть 45-50%.

Смешивают компоненты шихты в мешалках принудительного действия, либо в смесителях свободного падения, обеспечивающих перемешивание шерсти без уплотнения.

Формование

Готовая шихта загрузочным конвейером со специальным валковым разделителем и разрыхляющим устройством распределяется по формам и начёсывается вручную или валиками начёса. Прессование плит осуществляется в механических, пневматических или гидравлических прессах при удельном давлении 0,06-0,1 МПа – для получения теплоизоляционного фибролита.

Более тяжелые плиты вырабатывают на гидравлических прессах при удельном давлении прессования 0,25-0,4 МПа.

Тепловая обработка фибролитовых плит осуществляется в два этапа: вначале в формах и затем без форм. Формы в пакетах поступают в камеру твердения, где их выдерживают при относительной влажности 60-70% и температуре 30-35оС. Время выдержки в камерах твердения 8 часов при использовании быстротвердеющего портландцемента до 24 часов при обычном портландцементе. Затем плиты освобождают из форм, обрезают боковые и торцевые кромки и сушат 5-7 суток до остаточной влажности 15-20% на открытом воздухе под навесом или в сушильных отделениях при температуре 59-60оС, относительной влажности 60-70% в течение1-2 суток. По окончании сушки остывшие плиты сортируют и отправляют на склад. Созданы автоматические поточные линии производства цементного фибролита.

При изготовлении фибролита необходимо соблюдать правила охраны труда и техники безопасности, а именно: оградить движущиеся и вращающиеся части всех механизмов, а также резервуары, бассейны и другие ёмкости; заземлить электрооборудование и устройство теплоизоляции на всех тепловых установках и паропроводах. Необходимо устраивать вентиляцию, особенно в местах выделения паров вредных и токсичных веществ. Меры пожарной и взрывобезопасности сводятся к регулярному удалению древесной пыли у мест её интенсивного выделения и с нагретых поверхностей, устройству вентиляции у мест окраски плит и т.п.

Области применения фибролитовых плит

Фибролит – транспортабельный жёсткий утеплитель, перевозки которого не ухудшают его качества. При изготовлении 1 м3 теплоизоляционного фибролита расходуется 0,4 м3 древесины, 170-200 кг цемента, 7 кг хлористого кальция.

Теплоизоляционные фибролитовые плиты марки 300 применяют для утепления ограждающих конструкций щитовых и стандартных каркасных деревянных домов, сельскохозяйственных построек различного назначения, жилых, общественных и промышленных зданий. Их используют для изготовления утеплённых стеновых железобетонных панелей, облегчённых фибролито-асбестоцементных панелей и т.п.

Акустические фибролитовые плиты толщиной 30 мм применяют как декоративно-акустический материал для помещений, требуется специальный акустический режим – машинописных бюро, операционных залов, зрительных залов и т.п.

Конструктивные фибролитовые плиты используют для устройства перегородок и покрытий сельскохозяйственных построек, а также стен в стандартном деревянном домостроении.

Торфяные теплоизоляционные изделия

Торфяные теплоизоляционные изделия изготовляют в виде плит, скорлуп и сегментов. Наибольшее распространение получили торфяные плиты размером 1000х500х30 мм. Их изготавливают из слаборазложившегося торфа, содержащего не менее 80% мха-сфагнума. В процессе переработки волокна склеиваются из торфа. В зависимости от назначения плиты могут быть обыкновенными и со специальными добавками: водостойкими В, трудносгораемыми О, биостойкими Б, комплексными – имеющих несколько этих свойств. Их выпускают более 6 млн. м³ в год.

Свойства торфяных плит

Пористость. Торфяные плиты имеют однородную волокнистую структуру мелкопористого строения с открытыми сообщающимися порами. Абсолютные значения пористости колеблются в пределах 84-91%.

Плотность и прочность. При производстве плит структура торфа нарушается незначительно, и средняя плотность их близка к плотности торфа сырца и составляет 170-260 кг/м³.

По средней плотности торфяные плиты относятся к группе высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Предел прочности на изгиб 0.3-0.5 МПа, что позволяет легко их транспортировать и монтировать.

Водопоглощение плит высокое. Так водопоглощение обычных плит (по массе) за 24 ч. составляет 190-180%, а специальных водостойких – 50%.

Теплопроводность торфяных плит в сухом состоянии невелика 0.052-0.075 Вт/(мºC).

Огнестойкость. Торфяные плиты – сгорающий материал. Температура их воспламенения около 160ºC, а самовоспламенения 300ºC. В увлажненном состоянии в штабелях они самовозгораются при более низкой температуре, поэтому их предельная температура эксплуатации 100ºC для обыкновенных плит.

У торфяных плит удовлетворительное звукопоглощение, высокая адсорбционная способность (хорошо впитывают газы), отсутствие запаха, и невосприимчивость к запахам хранящихся продуктов.

Сырьевые материалы

Торф является продуктом естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затрудненного доступа воздуха. Сырьем для плит служит только сфагновый торф, сохраняющий рыхлое волокнистое строение торфообразующих растений (85-90% остатков мхов рода сфагнум). Средняя степень разложения торфа должна быть в пределах 5-10, но не более 12%. Торф в естественном состоянии характеризуется значительной влажностью 91-96%, пористость 96-97%, плотность в сухом состоянии 0.3 г/м³.

Часть 2. Основы технологии гидроизоляционных и герметизирующих материалов

Увлажнение строительных конструкций зданий и сооружений влечет за собой интенсивное разрушение каменных, бетонных материалов, коррозию металла, гниение древесины. Все это ведет к преждевременному их разрушению. Для защиты строительных конструкций от проникновения воды с целью обеспечения нормальных условий их эксплуатации, повышения надежности и долговечности используют различного вида гидроизоляционные материалы.

Развитие крупнопанельного строительства повлекло за собой выпуск новых строительных материалов – герметиков, которые предназначены для уплотнения стыков наружных стеновых панелей и могут обеспечивать тепло-, гидро-, звукоизоляцию и воздухонепроницаемость зданий. Герметизирующие материалы должны быть эластичными, долговечными, водо- и газонепроницаемыми, обладать атмосферостойкостью, антикоррозионными свойствами, не быть токсичными. Для изготовления герметиков применяют полимерные смолы, каучуки и др. Так как герметики служат в качестве гидроизоляции, то они входят в общую группу гидроизоляционных материалов при их классификации. Сырье и технологии изготовления герметиков такие же, как и при производстве гидроизоляционных материалов, поэтому в дальнейшем мы будем их рассматривать совместно.

Гидроизоляционные материалы могут классифицироваться по:

а) функциональному назначению материала. Это грунтовочные, подмазочные, шпаклевочные, изоляционные и покровные;

б) физическому состоянию и внешнему виду материала при его применении. Это жидкие, пластично-вязкие, упруго-вязкие и твердые;

в) по признаку примененного основного сырья делятся на три группы. Это органические, неорганические и смешанные. Преимущественное применение в гидроизоляции находят органические материалы;

г). по признаку производственного назначения делятся на группы: пропиточные, инъекционные, обмазочные, оклеечные, уплотняющие, монтажные, насыпные.

Наиболее полная комбинированная классификация, в которой учитываются различные признаки, показана в таблице.

Строительные нормы и правила по СНиП I-В, 25-62 подразделяют кровельные, гидроизоляционные и пароизоляционные материалы по признаку физического состояния и внешнего вида независимо от того, на основе каких вяжущих веществ они получены. Это лакокрасочные материалы, эмульсии и пасты, мастики, асфальтобетонные смеси, рулонные и листовые материалы, эластичные герметизирующие прокладки, пленочные и плиточные (штучные). СНиП предлагает также разделение гидроизоляционных материалов по виду вяжущего и их смесей на битумные, дегтевые, дегтебитумные, полимерные, дегтебитумнополимерные, резинобитумные и резинодегтевые; по производственному назначению – на кровельные, гидроизоляционные, пароизоляционные и герметизирующие.

Рис. 1. Классификация гидроизоляционных материалов

Основные свойства гидроизоляционных материалов

При выборе гидроизоляционного материала учитываются: вид защищаемого конструкционного материала, характер изолируемой поверхности, внешние условия, особенно наличие агрессивной среды, длительность контакта с водой, температура и пр., а также качество гидроизоляционного материала, выраженное в конкретных показателях его технических свойств.

Свойства делятся на 4 группы:

В первой группе - свойства, непосредственно отражающие отношение материала к водной и паровой среде. Прямо или косвенно они характеризуют гидроизолирующую способность материала: водонепроницаемость, водопоглощаемость и гигроскопичность. Эти свойства находятся в непосредственной зависимости от пористости. Пористость выражает степень дополнения объема материала порами. Поры могут быть заполнены газом, воздухом, паром или водой. Гидроизоляционный материал стремятся изготовить абсолютно плотным или с минимумом пор. Минимальная пористость достигается правильным подбором состава и эффективным уплотнением материала. При оценке гидроизолирующей способности материала необходимо также учитывать его влажность, присутствие которой сильно снижает изолирующие свойства материала. Влажность показывает количество воды в порах материала, отнесенное к общему весу или объему испытуемого образца и выраженное в процентах.

Вторую группу составляют механические свойства – прочность, пластичность, упругость, вязкость. Чем больше показатели этих свойств, тем больше способность гидроизоляционных материалов сопротивляться механическим силам, а, прежде всего силам тяжести, оказывать противодействие внутренним напряжениям в материале, без изменения формы и размера. Механические свойства, кроме того, характеризуют податливость материала к технологическим видам обработки: легкая обрабатываемость, формуемость, податливость резанию, и пр.

В третьей группе свойств объединяются качественные характеристики, показывающие отношение материала к длительному действию внешней среды и геофизических факторов, устойчивость основных свойств гидроизоляции во времени (стабильность). Показатели стабильности материала служит набухаемость, водостойкость, морозостойкость, теплостойкость, химическая и биохимическая стойкость, погодоустойчивость.

В четвертую группу относятся адгезионные свойства. Они показывают способность материала к сцеплению с поверхностью защищенной конструкции или с промежуточным слоем ограждения.

Косвенными, или сопутствующими свойствами гидроизоляционных материалов является теплопроводность, звукопроводность, звукопоглощаемость, газопроводность, влагоотдача, огнестойкость, горючесть. Эти свойства так же приходится учитывать при совокупной оценке качества материала и его эксплуатационных показателей в конструкции сооружения.

Жидкие материалы

Гидроизоляционные материалы жидкой консистенции применяются для пропитки и поверхностной обработке элементов сооружений при защите конструкций от воздействия воды. К жидким материалам относятся пропиточные пленкообразующие и грунтовочные материалы, малая вязкость которых обеспечивается либо в холодном, либо в горячем состоянии.

Пропиточные материалы

Пропиточными материалами называются такие материалы, которые после свободного распределения по поверхности хорошо ее смачивают, и на некоторую глубину проникают во внутрь, заполняя поверхностные поры, образуя более или менее толстый слой пропитки, поры, в пределах которого заполнены гидроизоляционным материалом, предохраняя элемент сооружения от проникновения воды в тело конструкционного материала.

Основным пропиточным материалом является битум. Для применения битума в холодном или слегка подогретом состоянии применяются разжиженный или жидкий битум, а также битумные эмульсии. Для горячей пропитки применяются вязкие битумы.

Разжиженный битум получают путем растворения нефтебитума 2 и 3 марок в растворителях (лигроино-керосиновые фракции нефти). Такие битумы именуются классом А, твердение 5 часов - 2суток при температуре 18 - 20 градусов.

Битум вязкий 2 и 3 марок применяется в горячем состоянии при температуре 150-1800С. Поверхность обработки предварительно нагревается до 35-400С. Глубина пропитки 2-20 мм. Можно также для пропитки в неответственных местах использовать деготь.

Эмульсии – это дисперсные системы, состоящие из двух не смешивающихся между собой жидкостей, из которых одна находится в другом в мелкораздробленном состоянии.

При приготовлении эмульсий применяют слабые водные растворы поверхностно – активных веществ – эмульгаторов. В качестве эмульгаторов применяют олеиновую кислоту, концентраты сульфитно – спиртовой барды, асидол. Можно использовать канифольное масло, жировой вазелин, технический рыбий жир.

В зависимости от конкретного назначения битумные эмульсии приготавливают с применением анионных и катионных эмульгаторов. У катионных эмульсий хорошее сцепление с кислыми и основными минеральными материалами, обладают большой подвижностью и морозостойкостью.

Содержание битума в пропиточной эмульсии составляет не менее 50 %, водорастворимых эмульгаторов не более 1 – 3 %.

Битумная эмульсия при температуре 18±2°с должна быть однородной без видимых комков битума, иметь жидкую консистенцию и темно коричневый цвет. При пропускании через сито N 05 остаток на сите не может быть более 1%. Эмульсия должна быть стойкой при хранении и транспортировании. Она проверяется методом хранения ее в стеклянном цилиндре 1 месяц при 18 – 20 °С, по вязкости эмульсии, или по скорости распада эмульсии при погружении в нее гравия. Эмульсии не должны иметь склонности к реэмульгированию , т.е. к повторному образованию эмульсии при контакте битума с водой .(при избыточном количестве эмульгатора).

Технология изготовления битумных эмульсий заключается в тонком измельчении битума в воде, содержащей растворимый эмульгатор. Чем выше дисперсность, битума, тем устойчивее и однороднее эмульсия.

Измельчение или диспергирование битума производится в гомогенизаторе или лопастной мешалке с большим числом оборотов лопастей.

Гомогенизатор представляет собой хомут – коробку, в которой вращается ротор в виде двух рифленых дисков, соединенных между собой. Скорость вращения ротора 3000 об/мин. В кольцевой зазор шириной 0,1- 0,3мм между хомутом и ротором вводятся тонкой струей горячий битум и вода с эмульгатором, нагретая до 85-90°С. Вследствие огромной скорости происходит механическое перетирание обоих компонентов, и образующиеся пылевидные частицы битума адсорбируют эмульгатор, стабилизирующий распыленное состояние битума. Производительность 1 т/час.

В лопастной мешалке число оборотов вала и лопастей составляет 100-120 об/мин. В воде с эмульгатором, нагретой до 85-95°С наливают тонкой струей расплавленной и нагретой до 120-128°С битум 2 или 3 марки. В результате интенсивного перемешивания битум размельчается и отдельные частицы покрываются пленкой эмульгатора. Сильное пенообразование дает использовать только 35% емкости мешалки. Получается эмульсия, обладающая невысокой дисперсностью и однородностью. Для очень тонких эмульсий используют двухстадийный способ – мешалка – гомогенизатора. В принципе эмульсию можно получить с помощью ультразвуковых колебаний.

Эмульсии выпускают как битумные, так и пековые полимерные, битумно – полимерный и др. Их также используют в качестве грунтовок и покрытий, наносят в основном в холодном состоянии на сухую или сырую поверхность послойно. Для увеличения водостойкости битумных эмульсий в их состав вводят добавки (ГКЖ – 10 или ГКЖ – 11 0,5-1% , известковое молоко 2-4%, латекс СК - не менее 10%).

Инъекционными называют материалы,

которые хорошо проникают внутрь конструкционного материала сооружения под определенным давлением, заполняя поры и капилляры, а также швы, трещины и другие эффекты. Пропитка инъекционными материалами происходит под давлением, поэтому вязкость их может быть больше, чем у пропиточных. Инъекция эффективнее пропитки, но сложнее и дороже. Применяются пропиточные материалы, а также жидкие битумы марок А-3 и А-4, битумная эмульсия повышенной вязкости, битумно-резиновая эмульсия (отдельно готовится битумная эмульсия и резиновая дисперсия, потом смешиваются), вязкий битум, дегтевые материалы, синтетические смолы и др. Инъекционные материалы могут, применятся в качестве герметиков.

Пленкообразующими называются такие материалы,

которые после распределения тончайшим слоем по поверхности способны высыхать и образовывать прочную водонепроницаемую пленку.

Высыхание пленкообразующего материала связано либо с испарением легколетучего растворителя, либо с процессами окисления и полимеризации под влиянием сиккативов, вводимых для этой цели в материал. Пленку наносят после пропитки или инъекции, а иногда вместо них. Она предохраняет конструкцию от контакта с водой. Пленки с наружной стороны конструкции предают антикоррозийные свойства, высокую погодоустойчивость, трещиностойкость и соответствующую окраску (белую, черную, цветную). При пропитке или инъекции тоже образуется пленочное покрытие, но оно менее надежно, чем специальная пленка. Наибольшее применение, как пленочные вещества, получили разжиженные битумы и битумные эмульсии, вязкие битумы ( при горячем способе нанесения пленки), лаки и эмали.

Л А К И

Лаки относятся к дисперсным системам типа коллоидного раствора, средой в котором служат легко улетучивающиеся растворители с добавлением высыхающих масел, а фазой – молекулярно распыленные частицы битумов высоких марок, пеков или искусственных смол. В отдельные виды пеков высыхающие масла могут не добавляться. Лаки создают тонкий, прочный и эластичный слой гидроизоляционной пленки. Образование пленки происходит из-за летучего испарителя и полимеризации вещества, составляющего твердую фазу. Лаковая пленка часто бывает термопластичной.

Простым видом лака является битумный или асфальтовый лак. Он имеет черный цвет, является раствором тугоплавкого битума в ксилоле, сольвенавте, уайтспирите и в др. органических растворителях. В более сложных составах натуральный битум перед растворением сплавляется со смолами, сгущенными маслами и др. Эти вещества повышают атмосферостойкость и водостойкость лака и дают более плотную пленку. Иногда вводят пластификаторы и сиккативы. Лаки с большим содержанием масел называют жирными, их используют для наружных работ. С малым количеством масел – тощие. Примерный состав сложных асфальтовых лаков: смола – до 20%, битум – до 45%, растворитель до 35%.

Их производство заключается в том, что в начале варится лаковая основа – пленкообразующая часть лака. Варка основы происходит при 250 – 270 °С. После охлаждения изготовленной основы до 75 – 120°С при растворителе уайтспирите, или до 120 – 175°С в зависимости от температур кипения растворителей, добавляется растворитель и сиккатив (иногда его добавляют при варке основы). Последней операцией является тщательное перемешивание до однородного (гомогенного) состояния и заполнение тары готовым лаком с параллельным контролем его качества. Широко применяются, например, асфальтовые лаки N35 и N350. они безмасляные, состоят из сплава природного термоплавкого битума с природной смолой (канифолью). Они отличаются вязкостью и предназначены для покрытия стальных изделий, конструкций и чугунных труб в один слой и без предварительной грунтовки.

Битумный лак 177 (ГОСТ 5631-51) изготавливается путем сплавления нефтяных и природных твердых битумов с растительным маслом и с последующим растворением сплава в органических летучих растворителях. Лак высыхает 24 часа при температуре 18-20°С, образуя пленку черного цвета, ровную, без оспин, сравнительно водостойкую. Им покрываются металлические и деревянные конструкции.

Битумный лак N10 имеет в качестве добавки синтетическую смолу и отвердевает под воздействием повышенных температур (при нагревании до 200°С).

Простейшим видом дегтярного лака является каменноугольный лак, или кузбасслак, получаемый растворением каменноугольного пека в ароматических продуктах – толуоле, сольвентнафте, смеси ксилолов и др. Выпускают сорт А – высыхание 24 часа и сорт Б – не нормируется.

Это вязкая однородная жидкость черного цвета дает гладкую, блестящую пленку без трещин и пузырьков, которая устойчива к слабым растворам серной, соляной и азотной кислот. Применяются для защиты металлических и бетонных изделий и конструкций, находящихся в воде или в грунте. Недостаток пленки выражается в ее малой эластичности.

Среди лаков с основой из синтетических смол чаще других применяются перхлорвиниловые лаки. Пленка лака хорошо сопротивляется атмосферным воздействиям и не гигроскопична. Эти лаки обладают высокими адгезионными свойствами, легко совмещаются при нанесении на нижележащие слои из других смол, стойки к действию воды, кислот, щелочей, масел.

На основе кремний органических веществ приготовляется метилтрихлорсилановый лак, обладающий резко выраженными водоотталкивающими свойствами и применяемый для обработки пористых материалов (кирпичной и каменной кладки, бетонной стенки и др.).

Э М А Л И

Эмалями называют вещества, получаемые путем затворения пигментов на лаках.

Для гидроизоляции применяют водостойкие и водонепроницаемые лаки, пигменты тоже по возможности должны обладать гидрофобностью.

Эмаль АЛ-177 – смесь битумно-масляного лака и алюминиевого порошка. Дает светло-серебристые покрытия, более стойкие к воде, чем вяжущее в составе лака. Алюминиевый порошок смешивается с лаком непосредственно перед применением. Эмаль наносится в 2-3 слоя.

Перхлорвиниловая эмаль ПХВ изготовливается смешением перхлорвиниловой смолы, растворителя Р-4 и пигмента, перетертого на пластификаторе (трикрезилфосфате). Качество эмали улучшается введением натуральной олифы. Имеет высокую стоимость. Без олифы эмаль называют перхлорвиниловой краской.

На основе мочевино-формальдегидной и меламино-формальдегидной смол выпускаются черные эмали, которые представляют собой суспензию сажи в мочевино-формальдегидном лаке с добавлением алкидной смолы и растворителя. Соотношение компонентов определяет марку эмали. Эмали наносятся в 2 слоя на грунтовку.

Хорошие гидроизоляционные свойства у эмалей на основе эпоксидных смол. Эпоксидные смолы растворяют в ацетоне, добавляют дибутилфталат, пигмент и отвердитель. Пигмент (чаще всего алюминиевая пудра) и отвердитель вводят в состав перед использованием раствора.

Можно использовать растворы резины в жидких углеводородах (антраценовом масле). Их применяют для покрытий асбестоцементных, древесно-волокнистых и древесно-стружечных плит. Твердеют при температуре 140-200°С, наносятся при температуре 140-150°С.

Особенностью эмульсий, лаков, эмалей является то, что изготовление и применение их необходимо вести при повышенных температурах.

Поверх гидроизоляции для улучшения внешнего вида и еще большего увеличения водостойкости можно наносить и специальные масляные краски на натуральных олифах с применением свинцового сурика, свинцовых белил и других стойких минеральных пигментов. Эти краски служат для защиты металлических конструкций от коррозии, деревянных элементов – от увлажнения.

Хорошей водостойкостью обладают цементные краски, поливинилацетатные, стиролбутадиеновые и акрилатные водоэмульсионные краски, полимерцементные краски и др.

Грунтовочные материалы

Это материалы, которые распределяются по поверхности защищаемой конструкции тончайшим слоем с целью повысить сцепление между основанием (подкладкой) и пленкообразующим материалом, уменьшить отсасывающую способность основания и увеличить смачиваемость маслом поверхности при нанесении последующих слоев гидроизоляции.

Грунтовочный материал обладает меньшей вязкостью, чем красочные составы и гидроизоляционные мастики, наносимые поверх слоя грунтовки. Его не применяют при использовании пропитки или инъекции. Грунтовки должны быть жидкими, однородными, без комков и примесей. Должны свободно наносится кистью при температуре 10°С и выше. Растворители применяются не вязкие, не летучие. Это зеленое масло, керосин и др. Битум используется 3 и 4 марок. Например, раствор битума в керосине (25-30% вяжущего, 70-75% растворителя) применяют при укладке рубероидного ковра перед нанесением мастики и т.д. Грунтовка применяется для защиты металла от влаги и ржавления, ее можно смешать с пигментом, использовать масляные краски. Первый слой красок наносится как грунтовка, затем два последующих.

Масляные и эмалевые краски производят путем тщательного перетирания пигмента на краскотерке (кроме алюминиевого порошка) с соответствующим количеством олифы или лака с последующим разведением его до рабочей консистенции. Свинцовый сурик, свинцовая зелень или свинцовый крон пропускают через краскотерку не менее 3 раз, железный сурик не менее 5 раз и т.д.

При температуре воздуха выше 25°С количество олифы в грунтовке обычно уменьшается на 4 – 5 %, а при окраске распылителями добавляют до 5% растворителя – уайтспирита или скипидара.

Среди грунтовочных материалов хорошо зарекомендовали этиленовые краски марки ЭК – 40, наносимые как на сухую, так и на влажные поверхности. Изготовление этиленовой краски: перетирание лака, являющегося отходом при получении искусственного каучука с пигментом. Эта операция выполняется в закрытой краскотерке (дисковой) за 1-2 дня до употребления. Для увеличения срока годности в нее добавляется древесно-смоляной антиокислитель. Растворителем краски является ксилол. Высыхание 8-10 часов.

При использовании винилиденхлоридных красок в качестве грунтовочного материала применяется состав ВХГМ, в который входят: смола СХВ – 40-20%, пигменты: сурик железный 10%, крон свинцовый 3,3%, тальковый наполнитель-6,7%, растворитель Р-4 – 60%.

При меньшей концентрации растворителя ВХГМ можно использовать как шпаклевки.

При наклейке полиэтиленовой пленки с помощью мастики типа МПТ – 70 огрунтовка защищаемой поверхности (например, бетонного фундамента) производится 50%-м раствором смеси битума БН-111 с гудрокамом, взятых в соотношении 60:40, в легкой пиролизной смоле.

Пластично – вязкие материалы

В некоторых случаях пленкообразующие вещества наносятся не сразу по огрунтовочному слою или по поверхности, а после нанесения по грунтовке выравнивающих слоев. Для нанесения выравнивающих слоев применяются подмазочные (затирочные) и шпаклевочные вещества.

Гидроизоляция может осуществляться также путем нанесения на поверхность обмазочного и обмазочно-уплотняемого вещества. Слой обмазочного вещества может наноситься и на грунтовку и на очищенную поверхность.

В тех случаях, когда гидроизоляция осуществляется с помощью рулонных материалов, требуется предварительное нанесение приклеивающих веществ. Обмазочные, обмазочно-уплотняемые и приклеивающие, затирочные и шпаклевочные материалы отличаются от других жидких материалов своим составом и пластичной консистенцией, предельными напряжениями сдвига и структурной вязкостью.

У пластично – вязких гидроизоляционных материалов, как правило ,,,,,,, структура. Этим объясняется низкие механические и ярко-выраженные тиксотропные свойства. Применяются они в горячем, теплом и холодном состояниях.

Для обмазывающих, приклеивающих, затирочных и шпаклевочных целей применяют пасты, мастики, клеи.

Пасты

Пасты представляют собой густой сметанообразный материал, получаемый путем диспергирования битума или дегтя в воде в присутствии твердого эмульгатора – обычно глины или извести. Технологический процесс изготовления паст: разогревание битума (берется с температурой размягчения в пределах 40-700) до 150-1800 или дегтепекового сплава до 130-1400, замачивание глины водой, омеренной в количестве 50% от объема пасты, подогревание глиняной суспензии до 75-850, слив горячей суспензии в мешалку; введение струи расплавленного вяжущего вещества в суспензию при непрерывном перемешивании в лопастной мешалке со скоростью 120-150 об/мин.

Характерным физико-химическим свойством пасты является устойчивость ее при любом разведении водой, при контакте с инородными поверхностями. Пасты хорошо смешиваются с минеральными зернистыми материалами и легко наносятся на поверхность. Через 3-4 часа образуется пленка, которая затвердевает через 1-5 дней.

Пасты применяются для обмазки древесины, изготовления спилочных пней, нанесения слоя гидроизоляции на конструкции, не подвергающиеся длительному воздействию воды.

Мастики

Мастиками называют пластичные искусственные смеси органических вяжущих веществ с минеральными наполнителями и добавками. В зависимости от исходного вяжущего мастики разделяются на битумные, битумно-полимерные, битумно-резиновые, дегтевые, дегтеполимерные, гидрокамовые и гидрокам-полимерные. По способу приготовления и применения мастики бывают горячие и холодные.

Типичным представителем мастик, применяемых в гидроизоляции, является битумная мастика.

Битумная мастика – однородная масса, состоящая из нефтяных битумов, наполнителей, добавок. Наполнители для мастик могут быть пылевидные (известняковый, доломитовый и кварцевый порошки, тальк, трепел и др.), волокнистые (асбест 7-го сорта, асбестовая пыль, коротковолнистая минеральная вата) или комбинированные (смесь пылевидных и волокнистых). Их вводят для сокращения расхода битума, повышения теплостойкости мастик и уменьшения их хрупкости при пониженных температурах. В качестве добавок используют поверхностно активные вещества, антисептики, др. Хорошей добавкой может быть олеиновая кислота в количестве 0,1% от веса битума или 1-2% нафтената меди или алюминия. Эти добавки повышают также антикоррозийность и биостойкость мастик.

Сюда же относится и асфальтовая мастика.

Битумные горячие мастики приготовляют путем нагревания смеси битумов в битумоварочном котле до 160-1800 С с последующим введением в расплавленный битум наполнителя (20-30%) и добавок. В зависимости от степени теплостойкости выпускают мастики битумные кровельные горячие следующих марок: МБК-Г-55, МБК-Г-65, МБК-Г-75, МБК-Г-85, МБК-Г-100 (МБК-Г- сокращенное название мастики, а цифры указывают ее теплостойкость, определяемую по специальной методике).

Мастики упаковываются в тару, по возможности утепленную. Мастика марки МБК-Г-85 поставляется без тары – в брусках весом 20 кг.

Перед употреблением мастика разогревается до 160-1800С, а в зимнее время до 2000С.

Своеобразным видом гидроизоляции может быть асфальтовая мастика, употребляемая в горячем состоянии. Она представляет собой смесь молотой асфальтовой породы (асфальтового порошка) с расплавленным нефтебитумом. Она выпускается в виде плит, идет на гидроизоляционные обмазочные работы. Перед употреблением ее расплавляют и иногда вводят заполнитель. Изготавливают и применяют в районах месторождений асфальтовых горных пород.

Битумно-резиновая изоляционная мастикапредставляет собой однородную многокомпонентную смесь сплава кровельных битумов, мелкой резиновой крошки, пластификатора и антисептика. Мастику выпускают следующих марок: МБР-65, МБР-75, МБР-90 и МБР-100. По сравнению с горячей битумной мастикой она обладает повышенной эластичностью, гибкостью и морозостойкостью.

Готовые горячие битумные и битумно-резиновые мастики транспортируют в автогудронаторах, оборудованных устройствами для перемешивания мастик и для подачи их на место покрытия. Их применяют для приклеивания и склеивания рулонных материалов при устройстве многослойных кровельных покрытий, гидроизоляции и мастичных кровель, армированных волокнистыми стекломатериалами.

Холодные битумные мастики состоят из смеси нефтяного битума, органического растворителя (соляровое масло, керосин, лак кукерсоль и др.). наполнителя (низкосортного асбеста), пластификатора и антисептика.

Наиболее распространена холодная битумная мастика марки МБХ-Х-1. Применение холодных битумных мастик основано на свойстве солярового масла (растворителя) растворять битум и просачиваться в рулонный материал. Поэтому холодные мастики хорошо склеивают битумные рулонные материалы между собой и проклеивают их по грунтованному основанию. Эта мастика при температуре 18±20 должна быть подвижной, однородной. Холодные битумные мастики предназначены для устройства многослойных кровельных покрытий и армированных мастичных кровель, а также для гидро- и пароизоляции. При устройстве многослойных покрытий они имеют преимущества перед горячими мастиками: сокращается расход битума, так как уменьшается толщина наносимого слоя, отпадает необходимость очистки рулонных материалов от мелкой минеральной посыпки, так как последняя полностью поглощается мастикой и, превращаясь в наполнитель, повышает вязкость приклеивающего слоя, улучшаются условия труда и качество работ.

Так холодная битумно-скипидарная мастика «Биски» - однородная смесь битума марки БМ-70/30, скипидара, портландцемента, уайт-спирита и латекса. Время высыхания слоя мастики толщиной 1 мм нанесенного на поверхность бетона или затвердевшего раствора, при температуре около – 200С не превышает 24 ч. Мастика сохраняет рабочую консистенцию в течение 6 месяцев хранения. Холодные битумные мастики при 18±20С должны быть подвижными, однородными, без видимых посторонних включений. Мастика «Биски» служит для наклеивания поливинилхлоридного линолеума на тканевой основе и поливинилхлоридных плиток. Она сохраняет удобно наносимую консистенцию в течение 6 месяцев хранения.

Дегтевые мастики приготовляют дегтевого вяжущего (сплав каменноугольных пеков с антраценовым маслом) и наполнителей. Горячие дегтевые кровельные мастики выпускают трех марок: МДК-Г-50, МДК-Г-60 и МБК-Г-70. Применяют такие мастики для приклеивания и склеивания рулонных дегтевых материалов при производстве кровельных и гидроизоляционных работ.

Приклеивающие вещества

Приклеивающие вещества должны обладать хорошей адгезионной способностью, необходимой структурной вязкостью, высокой гидроизолирующей способностью и погодоустойчивостью, теплостойкостью и водостойкостью.

Все приклеивающие вещества можно разделить на две группы:

1. клеевые мастики (многофазные системы)

2. клеи (однофазные клеевые мастики и клеи в зависимости от связующего подразделяются на битумные, смоляные, каучуковые и минеральные).

Наибольшее применение нашли битумные мастики. Используются все виды горячих и холодных мастик, а также дегтевые мастики. Иногда используется чистый битум с низкой температурой размягчения.

Клеи– органические растворы высокомолекулярных соединений (полимеров).

В холодном состоянии используется иногда асфальтовый клей. В его состав входят битум БН-4-55%, канифоль – 15%, олифа – 5%, бензол – 25%.

К типичным клеям относятся смоляные клеи с применением синтетических смол. Для приклеивания пленочных материалов удобно пользоваться термореактивными клеями (фенолформальдегидными и др.). Так клеи марки ВИАМ-Б-3: смолы 51-57%, свободного фенола 16-20%, свободный формальдегид 1,5%, ацетон или спирт 3-7%, влаги 13-20% и др.

Возможны клеи, приготовленные из водной дисперсии полимеров и гидравлического цемента. Например: одна вес. ч. латекса (60-70% -го) и 2 вес. ч. цемента.

Для омоноличенных швов между бетонными конструкциями применяют коллоидный цементный клей (мелкоизмельченный портландцемент совместно с кварцевым песком) смешивают с раствором хлористого кальция. Можно вести пластификатор.

Шпаклевочные и затирочные материалы

Шпаклевочные и затирочные материалы в гидроизоляции используют неохотно, так как с появлением новых слоев появляются пограничные контакты разной адгезионной прочности.

В качестве основных компонентов шпаклевки входят портландцемент и полимеры в виде водных дисперсий. Применяется также мел (улучшает технологические свойства), асбест (повышает атмосферостойкость), белково-силикатный клей (способствует образованию нерастворимых уплотнений). Так один из составов шпаклевки: портландцемент марки 400-29%, асбест №7-29%, мел молотый -29%, белково-силикатный клей -3,5%, глифталевая смола -6%, поливинилацетатная смола -3,5% и др.

Герметизирующие материалы

По виду материалов герметики подразделяются на мастики (изол Г-М, УМС-50 и др.), вулканизирующиеся пасты (тиоколовые герметики), эластичные прокладки (гернит П, пороизол и др.) и профилированные изделия.

Мастика изол Г-М – получается смешением битумно-резинового вяжущего с высокомолекулярным полиизобутиленом, канифолью, кумароновой смолой, наполнителем (асбестом 7-го сорта) и антисептиком. Ею заделываются стыки панелей сборных зданий и сооружений. Состав: резина (от старых автопокрышек) – 7-15%, битум БМ-ΙΙΙ-60-73%, рубракс 0-25%, кумароновая смола – 2-6%, наполнители 0-25%, канифоль 0-6%. Производство: измельчение резины до частиц 1 мм, девулканизация резины в смесителях с ветообразными лопастями при температурах 170-1800 с последующей механической обработкой; постепенное сплавливание двух основных компонентов с получением резинобитумного вещества; получение мастики путем добавления к вяжущему веществу наполнителя, пластификатора и других компонентов. Для получения мастики пользуются механической обработкой на вальцах, с которых с помощью ножей непрерывно снимается готовая мастика. При употреблении мастики вводят в шов в подогретом состоянии (80-1000 С).

Герметизирующая мастика марки УМС-50 представляет собой вязкую пластичную массу, изготовляемую путем смешения полиизобутилена минерального масла и дисперсного наполнителя.

Технология приготовления осуществляется с помощью обычных смесительных вальцов. Сначала пластифицируется полиизобутилен при добавлении порциями угля и масла. Затем вводят раствор наполнителя. Перемешивание производится при температуре 100-1200С до однородного состояния смеси. Мастика УМС-50 – нетвердеющий герметик, обладающий хорошей адгезией к бетонным, металлическим и деревянным поверхностям, создающий долговечный плотный непроницаемый слой в стыках сборных конструкций. Она рекомендуется для герметизации вертикальных и горизонтальных стыков панелей, мест примыкания оконных и дверных блоков, для уплотнения зазоров по периметру внутренних стен и перегородок. На строительную площадку доставляют в бочках или бумажных патронах. Переливают в стеклопластиковые ампулы, которые перед употреблением подогревают в термостатах до 50-600 С. Ампулу вставляют в шприц, которым пользуются для герметизации.

Тиоколовые герметики изготовляют на основе полисульфидного каучука-тиокола, который под действием отвердителей вулканизируется и переходит в резиноподобную массу. Широко применяют тиоколовые герметики марок У-30М (черного цвета) и УТ-31 (белого цвета). Тиоколовые герметики эластичны, воздухо- и водонепроницаемые, обладают хорошим сцеплением с бетонной поверхностью. Однако из-за быстрого загустевания рабочие составы следует готовить непосредственно перед употреблением.

Тиоколовые герметики служат для герметизации стыков панелей наружных и внутренних стен и перекрытий. На стыкуемую очищенную поверхность панели при помощи ручного или пневматического шприца наносят слой герметика толщиной 1,5-2 мм, захватывая не менее 20мм каждой панели.

Изготовляют тиоколовые мастики, тиоколовые пленки (в виде паст – герметизирующей и вулканизирующей) – первая состоит из жидкого тиокола и наполнителя, вторая из перекиси марганца, дибутилфталата и технического стеарина. Герметизирующая паста способна вулканизироваться без усадки при обычной температуре под влиянием второй пасты и ускорителя.

Технология: герметизирующая паста тщательно растирается с вулканизатором, затем с ускорителем, если герметик используется в течение 5-8 часов. Продолжительность вулканизации 5 суток. Герметик наносится в стыки шпателем или кистью.

Недостатки: быстрое светостарение.

Асфальтовые растворы и бетоны

Бетоны и растворы относятся к обмазочно-уплотняемым материалам. В зависимости от консистенции материалов при производстве работ используются различные способы их уплотнения: от легкой затирки до высоких давлений уплотняющими механизмами вибрационного и статического действия и др.

Бетоны

Обычные бетоны и растворы, изготовляемые на портландцементах, сравнительно легко пропускают воду. Различные добавки и автоклавирование не дают полной водонепроницаемости бетона. Хорошую устойчивость к действию воды показал полимербетон. Это бетон, в который, кроме минеральных вяжущих, добавлен полимер в виде водной дисперсии (это поливинилацетат, поливинилхлорид, полистирол, фенольно-формальдегидные смолы, карбамидные смолы и др. Из природных полимеров применяются латекс, битум, казеин, декстрин и др.

В настоящее время широкое применение в качестве гидроизоляции у нас получили пластобетоны, изготавляемые с применением битума, дегтя или синтетической смолы. Это искусственные материалы, получаемые уплотнением и затвердеванием специально подобранных рациональных смесей минеральных зернистых и порошкообразных материалов с органическими вяжущими веществами. Они имеют коагуляционную структуру. Зернистыми материалами служит песок, щебень или гравий, а порошкообразными – минеральные порошки из горных пород или отходов производств.

Асфальтовый бетон – разновидность пластических бетонов, изготовляемая с применением битумов. Он получается в результате уплотнения смеси, состоящей из битума, минерального порошка, песка и крупного заполнителя – щебня или гравия. При подборе состава асфальтобетона выбирают марку битума и соотношение вяжущего и тонкомолотой минеральной добавки для обеспечения требуемой прочности асфальтобетона и теплостойкости. Общее содержание битума в асфальтобетоне 5-6% по массе (марки БМ-ΙΙΙ, БМ-ΙV, природный битум). В качестве крупного заполнителя чаще всего используют известняковый щебень крупностью 10-40мм, обладающий хорошим сцеплением с битумом. Наилучшими минеральными добавками считаются асфальтовый порошок из асфальтовых пород, можно применять известняковые, доломитовые или доменно-шлаковые порошки.

Асфальтобетон наиболее часто применяется в дорожном строительстве, является одним из наиболее стойких материалов против размыва дождями и грунтовой водой. Его можно применять в гидротехническом строительстве для облицовок, экранов, гидроизоляции бетонных сооружений. У этих бетонов особенно повышенные требования к водостойкости, водопроницаемости, прочности и долговечности.

Достоинства асфальтового бетона – высокая механическая прочность, обеспечивающая необходимое сопротивление для прохождения транспорта, способность к упругим и пластическим деформациям, ровность и гигиеничность покрытий, легкость очистки.

Дегтебетон относится к группе асфальтобетонов, вяжущим веществом, в котором является деготь. Этот материал уступает битумному асфальтобетону по прочности, водоустойчивости, теплостойкости и долговечности. Компоненты те же, что и в асфальтобетоны. Деготь – каменноугольный отогнанный или составленный марок Д-6, Д-7, Д-8. Технологии изготовления асфальтобетона и дегтебетона аналогичны, с максимальной механизацией всех процессов производства на асфальтобетонном заводе.

На асфальтобетонном заводе имеются смесительный, битумный, помольный и камнедробильный цехи, а также складские помещения, мастерские, лаборатории и другие помещения. Центральное звено – смешение компонентов в горячем и холодном состоянии. Асфальтобетоны разделяют на укладываемые.

Технологическая линия горячего асфальтобетона: прогрохотка щебня и песка; просушивание и нагрев минеральных материалов и битума, фракционирование горячих минеральных материалов, дозирование горячих материалов (битума, щебня и песка); дозирование минерального порошка (холодного или горячего); смешение компонентов в мешалке; выгрузка асфальтобетонной массы и ее транспортирование к месту работ. Минеральные зернистые материалы нагреваются до температуры 200-2200С при применении холодного минерального порошка и до 160-1800С при горячем. Температура битума поддерживается 140-1600С.

Приготовление массы производится на смесительных установках, оборудованных мешалками принудительного действия, снабженных двумя вращающимися навстречу друг другу валами с полостями. Температура смеси на выходе должна быть 150-1750С.

Готовые горячие смеси доставляют на автосамосвалах и после укладки укатывают самоходными катками .

Асфальтобетонные смеси, укладываемые в холодном состоянии, готовят на основе жидких битумов. Стоимость холодных асфальтобетонов значительно ниже, чем горячих, но они менее долговечны.

Растворы

Растворы, применяемые для защиты от воздействия воды представляет собой смесь асфальтового вяжущего с песком. Асфальтовым вяжущим служит смесь нефтяного битума (БМ-4 и др.) с минеральным порошком. Технология изготовления асфальтового раствора не отличается от принятой для производства асфальтобетона.

Общее количество битума в растворе обычно 9-11%. Асфальтовый раствор приготавливают на заводах, где отдозированную смесь компонентов раствора нагревают в котлах до 1800С и тщательно перемешивают.

Асфальтовые растворы широко применяются в строительстве для покрытия тротуаров, полов промышленных зданий и складов, устройства плоских крыш, в качестве основания для плиточных и паркетных полов. Асфальтовый раствор автосамосвалами транспортируют к месту укладки и наносят слоем 2-3 см на сухое уплотненное основание, после чего раствор заглаживают ручными гладилками или уплотняют механическими катками. При остывании битума раствор твердеет.

Он применяется также для нанесения на вертикальные поверхности в виде штукатурного слоя, который представляет собой ковер из нескольких слоев (наметов), наносимых механическим способом и удерживаемых силой адгезии. В зависимости от температуры материала асфальтовая штукатурная гидроизоляция делится на холодную и горячую. Холодная штукатурка не содержит песка. Ее состав: битумная водоэмульсионная паста 80-90% и минеральный порошкообразный наполнитель 20-10%.

Твердые и упруго-вязкие материалы

Они являются наиболее массовым видом гидроизоляционных материалов. Их легко транспортировать, удобны при монтаже, позволяют механизировать и автоматизировать технологию выполнения.

Эта группа гидроизоляционных материалов делится на три группы:

  1. Рулонные и пленочные;

  2. Штучные;

  3. Рыхлые.

Рулонные, пленочные и штучные - оклеечная, рыхлые – насыпная гидроизоляция.

Основные и безосновные рулонные материалы

Рулонными называются такие гидроизоляционные материалы, которые отгружаются на строительство в виде полотна определенной длины, ширины и толщины, смотанной в рулон – сверток цилиндрической формы. Они изготовляются двух типов:

1. с основой;

2. без основы, обычно с порошкообразным или волокнистым наполнителем.

При изготовлении обеих типов рулонных гидроизоляционных материалов применяются пропиточные и покровные массы: битумные, дегтевые, дегтебитумные, гидрокамовые, битумно- и дегте- полимерные и полимерные вещества.

Основные материалы сначала пропитываются пропиточной массой, заполняющей поры основы и предающей материалу водонепроницаемость и водостойкость, а затем покрываются с двух или одной стороны слоем покровной массы, который защищает основу от механических и атмосферных воздействий.

Различие между рулонным полотном и пленкой является условным: пленка имеет меньшую толщину, равную до 1 мм. Вещество для изготовления пленки, как правило, не содержит наполнителей.

1. Битумные рулонные гидроизоляционные материалы

От пропиточной массы требуется, чтобы она не содержала воды и летучих веществ, в том числе слишком легких масляных фракций, не содержала минеральных примесей, была однородной, без крупинок, стойкой к расслоению при нагревании или остывании.

От покровной массы требуется, чтобы она была достаточно однородной, теплостойкой, негигроскопичной, эластичной при низких температурах; не должна содержать воды, водорастворимых примесей, летучих веществ и легких масел.

Существует два способа приготовления пропиточных и покровных масс из битума: а) разогревание нефтебитумов или сплавление битумов различных марок; б) окисление масляных гудронов, жидких или легкоплавких битумов.

Для пропиточной массы нефтебитумы применяются второй или третьей марок, а при производстве покровной массы – V.

Составными частями дегтевых пропиточных и покровных масс могут быть каменноугольные дегти, масла и пеки.

Гидроизоляция из полимерных материалов в основном безпокровная. Самые распространенные - пленочные материалы. Для этих материалов используются пластмассы, состоящие из полимера и других компонентов. К положительным свойствам пластмасс относятся: высокая прочность, влагонепроницаемость, гнилостойкость, сравнительно высокая коррозиестойкость, хорошие диэлектрические свойства, они более теплостойки битумных и дегтевых материалов. Недостатки – повышенная хрупкость полимеров (улучшается пластификаторами), высокий коэффициент термического расширения (нужно учитывать при проектировании). Для устройства паро- и гидроизоляции чаще всего используют полиизобутилен, полиэтилен, полихлорвинил.

Основные рулонные материалы

В качестве основы могут использоваться картон, ткань, бумага, фольга, стеклоткань и др. Они делятся на беспокровные и покровные.

Беспокровные (на основе битума – пергамин и гидроизол)

Пергамин – битумный беспокровный материал, вырабатываемый путем пропитки кровельного картона мягкими нефтяными битумами, температура размягчения которых не ниже 420. В зависимости от веса картона пергамин делится на 2 марки: П-250 и П-300 (ГОСТ 2697-51). Основное свойство пергамина водоизолирующая способность (выдерж. под давлением 4-5 суток), а также гибкость при изгибе, предел прочности на разрыв 2,7 или 2,5 МПа; поверхность должна быть матовой черного или черно-коричневого цвета, без дыр, разрывов, складок и бугорков. В разрезе пергамин не должен иметь светлых прослоек непропитанного картона или посторонних включений. Выпускается в рулонах шириной полотна 1000 мм (750 и 1050 мм), площадью 20±0,5 м2 в рулоне. Пергамин широко используется в качестве подкладочного материала под рубероид; в многослойных коврах с приклейкой каждого слоя мастикой и засыпкой поверхности верхнего рулона (например: гравием или шлаком).

Пергамин не огнестоек и не гнилостоек, в дождь сильно впитывает воду и набухает. Он используется также для пароизоляции, приклеиваясь к поверхности с помощью горячих мастик.

Пергамин изготавливается на пергаминных или рубероидных агрегатах.

В состав пергаминного агрегата входит разноточный станок, магазин запаса картона, пропиточная ванна с предварительным поливом (или без него), и с отжимными вальцами, закрытая камера для окончательной допропитки, холодильные цилиндры, магазин запаса пергамина, намоточный станок.

Технологический процесс производства пергамина следующий: на разноточном станке устанавливается бобина картона; лента картона поступает в магазин запаса, чтобы работа агрегата была бесперебойной между сменой бобин. После магазина запаса лента картона направляется на предварительный полив и в пропиточную ванну. Пропитка производится при температурах 185-2100С. Проливка картона (с одной стороны) осуществляется в специальной камере и дает возможность подсушить и частично пропитать картон, что обеспечивает хорошую его впитываемость. Затем он идет в пропиточную ванну. Из пропиточной ванны полотно картона через системы отжимных валков направляется в закрытую камеру или на парообогреваемые вращающиеся барабаны. Здесь происходит дальнейшее впитывание в поры картона горячей битумной массы, оставшейся в виде тонкой пленки на его поверхности. Полотно горячего пергамина поступает на холодильную секцию агрегата. Эта секция состоит из 4-6 полых цилиндров, устанавливаемых на металлическом каркасе попарно друг над другом. Поверхности цилиндров охлаждаются холодной водой, поступающей внутрь. Для намотки полотна пергамина в рулоны применяется намоточный станок, в котором имеется консольная катушка. Для увеличения гнилостойкости пергамина картон перед основной пропиткой можно пропитывать антисептиками (например: каменноугольным маслом).

Покровные

Рубероид. Им называется рулонный кровельный и гидроизоляционный материал, изготовленный из картона, который пропитан нефтяными кровельными битумами. Его поверхность покрыта с обеих сторон тугоплавкими нефтяными битумами и посыпкой – тонким слоем мелкоизмельченного талька или другого минерального порошка (может быть использована крупнозернистая различных цветов или слюдяная посыпка).

В зависимости от назначения рубероид разделяют на кровельный (для устройства верхнего слоя кровельного ковра) и подкладочный (для устройства нижних слоев и гидроизоляции строительных конструкций).

Рубероид выпускают четырех марок: РКК – 500А, РКК – 500Б и В,РКМ –В и В, РПМ и РПП – 300А,Б,В; РК4 – 350Б и В. Буква Р означает рубероид, буква К и П – кровельный и прокладочный. Третья буква – это вид присыпки. Буква К – крупнозернистая, М – мелкозернистая, П – пылевидная, Ч – чешуйчатая. Число после букв означает марку картона.

Технология его изготовления аналогична технологии изготовления пергамина. Он должен в разрезе иметь черный цвет без светлых прослоек. Ширина полотна 1000, 1025 и 1050 мм, общая площадь полотна в рулоне 7,5; 10 и 15 м². Для проклейки рубероида используют горячие и холодные пластики.

Наплавляемый рубероид – кровельный материал с утолщенным слоем битума, наплавленного на заводе. При монтаже его поверхность нагревают, слой битума расплавляется и рубероид приклеивают без нанесения специальной мастики.

Экарбит – это полимербитумный наплавляемый рубероид. Получаемый путем пропитки кровельного картона нефтяным битумом с последующим нанесением на обе стороны покровных слоев, в состав которых входят битум, бутилкаучук, индустриальное масло и наполнитель. Улучшается температуроустойчивость и водопоглощение материала.

Стеклорубероид – это рулонный кровельный гидроизоляционный материал, получаемый путем двухстороннего нанесения битумного вяжущего на стекловолокнистый холст. В зависимости от вида посыпки и назначения стекла, рубероид выпускают марок: С – РК (с крупнозернистой посыпкой) и С – РМ(гидроизоляционный с мелкозернистой посыпкой). Площадь рубероида при ширине полотна 960 и 1000мм около 10 м². Применяют для устройства кровельного ковра и оклеечной гидроизоляции.

Гидроизол – рулонный безпокровный биостойкий материал, изготовляемый путем пропитки асбестового картона (бумаги) нефтяными битумами. Гидроизол выпускают в рулонах с шириной полотна 950 мм, площадью 20 м². Гидроизол, в зависимости от качественных показателей разделяют на марки: ГИ – Г и ГИ – К. Гидроизол марки ГИ – Г имеет лучшие показатели по водонепроницаемости, величине прочности на разрыв и эластичности, его употребляют для многослойной оклеечной гидроизоляции подземных сооружений, а гидроизол марки ГИ – К для гидроизоляции плоских кровель. Рулоны гидроизола хранят и транспортируют в вертикальном положении. Производство гидроизола отличается от производства пергамина и рубероида тем, что вследствие низкой впитывающей способности, недостаточной капиллярности и невысокой механической прочности асбестовый картон не обрабатывается в ваннах непрерывного действия, а используются пропиточные ванны периодического действия револьверного типа.

Металлоизол – рулонный материал, состоящий из алюминиевой фольги, покрытой с обеих сторон нефтяным битумом. Выпускают металлоизол рулонами площадью 5 м². этот материал имеет высокую прочность на разрыв, хорошую гибкость и долговечность. Служит для оклеечной гидроизоляции подземных сооружений, к которой предъявляются требования повышенной прочности.

Фольгоизол – рулонный двухслойный материал из тонкой рифленой или гладкой фольги, покрытой с нижней стороны защитным битуменизированным составом. Выпускают в рулонах с шириной полотна 960 мм, площадью рулона 10 м². Верхняя сторона может быть окрашена. Фольгоизол непроницаемый, долговечный материал, хорошо отражающий солнечные лучи, податлив в обработке, гибок, хорошо режется. Разделяется на гидроизоляционный и кровельный. Гидроизоляционный фольгоизол используют для гидроизоляции трубопроводов, герметизации стыков на кровельном покрытии. Кровельный – для устройства верхнего слоя кровли с различными уклонами и конфигурацией.

Стеклоизол – рулонный материал, получаемый путем нанесения с двух сторон на поверхности стекловолокнистого холста битумно – резиновой массы. Стеклоизол применяют для оклеечной гидроизоляции несущих конструкций зданий и сооружений, а также при устройстве плоских кровель.

Армобитеп – кровельный и гидроизоляционный материал, получаемый путем пропитки стеклоткани, стеклохолста или стеклосетки битумнокаучуковым вяжущим. Армобитеп с крупнозернистой посыпкой используют для верхних слоев кровли, с мелкозернистой – для гидроизоляции и нижних слоев кровли. Выпускают в рулонах, площадью 5 – 10м², при ширине 1000мм. Обладает высокой теплостойкостью, гибкостью, морозостойкостью и низким водопоглощением. Приклеивают путем оплавления покровной массы с нижней стороны, газовоздушных горелок.

Дегтевые основные материалы

Их получают пропиткой и покрытием кровельного картона каменноугольными или сланцевыми дегтевыми продуктами без посыпки или с посыпкой из минеральной крошки с одной или двух сторон. В зависимости от вида посыпки и назначения разделяют толь кровельный с крупнозернистой посыпкой (марок ТТК – 350 и ТТК – 400), толь кровельный с песочной посыпкой (марок ТКП – 350 и ТКП – 400) и толь гидроизоляционный (марок ТГ – 300 и ТГ – 350).толь выпускают в рулонах, площадью 10 м² при ширине полотна 1000, 1025 и 1050 мм. Отличительной особенностью в производстве толя является предварительное обезвоживание каменноугольного дегтя или масла, смешивание их с песком и затем с порошкообразным наполнителем. Обезвоживание и пропитка ведется при температурах 120 - 135°С.

Толь с крупнозернистой посыпкой применяют в устройстве верхнего слоя кровли пологих кровель, укладывают на горячих мастиках. Полотно толя должно иметь на обеих сторонах слой теропластических дегтепродуктов, содержащих минеральный наполнитель, на лицевой стороне должна быть крупнозернистая посыпка, на нижней – тонкоизмельченная минеральная посыпка.

Толь с песочной посыпкой – применяют для кровель временных сооружений. При изготовлении на обе стороны полотна наносят покровную пленку пропиточного состава и слой кварцевого песка.

Толь гидроизоляционный с покровной пленкой – применяют для гидроизоляции, пароизоляции строительных конструкций и нижних слоев кровельного ковра. Этот толь изготавливают, пропитывая кровельный картон каменноугольным или сланцевыми дегтевыми материалами с последующей посыпкой лицевой и нижней сторон мелкозернистой минеральной посыпкой.

Безосновные рулонные материалы

С применением битума и полимеров изготавливаются также рулонные гидроизоляционные материалы, не имеющие картонной, тканевой или иной основы.

На битумном вяжущем:

Бризол – безосновный рулонный гидроизоляционный материал, изготавливаемый из резиновой крошки, нефтяного битума, асбестового наполнителя и пластификатора. Выпускают рулонами толщиной 2 мм и площадью 10 и 15 м² при ширине 750 – 1000 мм. Примерный состав: битум 4 и 5 марок – до 60%, резина (из изношенных автомобильных шин) – до 30%, пластификатора – до 2-5%,асбеста – до 12%. Пластификатор – озокерат, итролатум, полиизобутилен П – 20 и другие. По сравнению с гидроизолом, бризол является устойчивее к агрессивной среде и воде. По сравнению с материалами на чистом битуме, он обладает повышенной гнилостойкостью, водостойкостью, высокой погодоустойчивостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью и эластичностью.

Бризол предназначен для гидроизоляции подземных сооружений, антикоррозионной защиты подземных металлических трубопроводов (без повышенных температур), а также устройства кровель. Бризол наклеивают на битумные мастики или битумно-резиновые. При гидроизоляции его полотнище сваривают.

Технология производства осуществляется поточно-механическим способом: последовательно проходя борторезку, механические ножницы, шинорезку, дробильные вальцы, вибрационный грохот с латунной сеткой и магнитный сепаратор, старые покрышки превращаются в мелкораздробленную крошку – порошок, свободный от кордного полотна и металлических включений. Дробленная шинная резина – крошка с частицами размером до 1-1,5 мм поступает в расходный бункер. Параллельно с подготовкой резиновой крошки происходит подготовка других компонентов – обработка асбестового полотна на дезинтеграторе, разогрев битума в баке; расплавление озокерита в бачке. Отдозированные исходные материалы поступают в непрерывно действующий шнековый смеситель, в который предварительно поступил через мерник нагретый битум. Масса непрерывно перемешивается при температуре 160-170ºС в течение 60 минут и подвергается механической демогенизации путем непрерывного пропуска через червячный пресс с экструзией ленты битумно-резиновой смеси. Далее смесь каландрируется в полотно. Каландры трех- и четырехвальцовые при температуре валов: верхнего-50ºС, среднего-40-50ºС и нижнего-40-50ºС. Готовое полотно принимается на ленточный транспортер, на котором охлаждается, усаживается и слегка присыпается порошком мела и сматывается в рулоны.

Изол – это безосновный биостойкий эластичный рулонный материал, получаемый из битумно-резинового вяжущего, наполнителя, пластификатора и антисептика. Изол получается прокатом резино-битумной массы. Технология изготовления аналогична бризолу. Состав: девулканизированной резины – 25-30%, нефтебитума 3 марки – 20-25%, битума 5 марки или рубракса – 28-30%, кунароновой смолы – 2%, наполнителей – 25-30%. Наполнители – тонкомолотые порошки известняка, мела, талька и волокнистые – асбест 7 сорта, очесы хлопка, зола ТЭЦ и др.

Выпускают в виде полотен шириной 800-1000 мм, толщиной 2мм и длиной 10-12м, свернутых в рулоны. Этот материал обладает высокой долговечностью, повышенной плотностью, температуроустойчивостью, незначительным водопоглощением и сохраняет эластичность при отрицательных температурах.

Принимают в качестве гидроизоляционного материала в конструкциях зданий и сооружений; в качестве кровельного материала для двух- и трехслойных покрытий пологих и плоских кровель. Его наклеивают на горячие битумные пластики. При покрытии больших поверхностей его сваривают по швам нагретой гладилкой.

Битумно-полимерный материал ГМП – безосновный высококачественный гидроизоляционный материал, получаемый смешиванием нефтяного битума, полиизобутилена, фенолформальдегидной смолы и пылевидных волокнистых наполнителей (тальк, асбест). Выпускают этот материал в виде полотнищ площадью 10 м², шириной 800 и 1000 мм и толщиной 1-1,5 мм. Применяют ГМП для устройства гидроизоляции, пароизоляции и многослойных ковров плоских кровель. Материал хорошо укладывается на поверхность оснований, легко принимая его форму.

Материалы на основе полимерного вяжущего

Для этих материалов используются пластмассы, состоящие из полимеров и других компонентов. Они отличаются высокой прочностью, влагонепроницаемостью, гнилостойкостью, коррозийной стойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Недостатки – повышенная хрупкость.

Гидробутил – гидроизоляционный рулонный материал, получаемый из резиновых смесей на основе бутилкаучука. Материал выпускается двух марок: гидробутил – 1 и гидробутил – 2. Гидробутил-1 выпускают в рулонах длиной 15 м, шириной 1400 мм и толщиной 1 мм, а гидробутил-2 – толщиной 2 мм. Температурный материал применяется от -45ºС до +150ºС. Стоек к поражению микроорганизмами. Для приклеивания гидробутила используют холодные и горячие резино-битумные мастики.

Бутерол изготавливают из смесей на основе синтетических каучуков, термопластов, пластификаторов, вулканических агентов и наполнителей. Выпускают его в рулонах шириной 650,750,950 мм, толщиной полотна 1 или 2 мм. Применяют для гидроизоляции подземных сооружений и кровель. Гидроизоляционный ковер выполняют из двух и более слоев бутерола, для наклейки используют битумно – полимерную мастику.

Поливинилхлорид – на основе поливинилхлорида. Выпускается рулонный гладкий и профилированный и пленочный материалы. В полимер добавляется плацифицирующие добавки.

Для этого сначала производится смешивание смолы с пластификатором в мешалке, в течении 3 – 4 часов при температуре 40 - 50ºС. Пластификатор впитывается в смолу, после чего масса из смесителя переносится на горячие вальцы. На них под воздействием высокой температуры и давления образуется однородная пленка. Иногда вводят стабилизатор. Часто применяют сополимеры поливинилхлорида. Применяют для обертывания трубопроводов и воздухопроводов. Профилированный материал применяют для гидроизоляции температурных и осадочных швов в гидротехнических и подземных сооружениях. Материал работает до температуры + 100°С.

Полиэтилен – пленочный гидроизоляционный материал на основе полиэтилена высокого и реже низкого давления, морозостойкий (до - 60ºС). Недостатки : быстрое свето – и кислородное старение, легко рвется, повреждается грызунами. Достоинства : практически полная паро – и водонепроницаемость, высокая химическая стойкость. Выпускается шириной 1400 – 1420 мм , при толщине 0.06 мм, 0.065 мм, 0.200 мм. Длина рулона до 70м. используется в строительстве для гидроизоляции, устройства водонепроницаемого ложа каналов и водохранилищ, укрытия от дождя складов и платформ со строительными механизмами и материалами, для временного заполнения оконных проемов вместо стекла и др. Он плохо сцепляется с деревом, металлом и бетоном, а также обычными клеями и лаками. Приклеивают специальными средствами – сложной полиэфиракриловой кислотой с метанолом ; терпенфеноловыми смолами, битумно - латексным клеем и др. Применяют сварку швов.

Полипропилен – на основе полипропилена, вырабатывается прозрачная пропиленовая пленка, по механическим и изоляционным свойствам превосходящая пленку из полиэтилена. Используется для паро – гидроизоляции, для укрытия свежеуложенного бетона на период его твердения и др.

Полиамид – на основе полиамида изготовляется полиамидная пленка марки ПК – 4. Она выпускается в рулонах шириной 1000 – 1200 мм, толщиной около 0.2 мм, и применяется как гидроизоляционный и газонепроницаемый материал. Используется вместо стекла в теплицах.

Для целей гидроизоляции могут быть также использованы пленки, изготовленные на основе термопластичного полистирола. Они выпускаются в виде лент и полос шириной от 20 до 50 мм, при толщине их от 0.1 до 0.5.

Штучные материалы

По форме штучный материал разделяется на листовой, плитный и фасонный. По виду вяжущего можно выделить битумные, асфальтовые, битумно – резиновые и пластмассовые гидроизоляционные изделия.

Штучные изделия в период эксплуатации легко можно заменить новыми.

Гидроизоляционные битумные армированные маты – представляет собой полотнище стеклянной или органической (брезента, рогожи, мешковины) ткани, пропитанные битумом, на обе стороны которых нанесен слой тугоплавкого битума или асфальтовой мастики. Размеры : толщина 4 – 6 мм, ширина 800 – 1000 мм и длина 3 – 10 м. Применяются для устройства оклеечной гидроизоляции и для уплотнения деформационных швов. (СНиП 1 – В.25 – 62).

Рубероид листовой – изготовляется путем резки обычного рулонного рубероида. Размеры 333×444 мм или 250×1000 мм с поперечными насечками. Применяются для внешнего оформления гидроизоляции.

Битумные листы (ГОСТ 5280 – 50) получают путем пропитки картона весом 420 и 650 г/м² битумной пропиточной массой с температурой размягчения 65 - 70ºС, нанесение слоев тугоплавкой покровной массы и покрытия крупнозернистой посыпкой. Они используются в тех случаях, когда требуется сочетание высокого качества гидроизоляции с красивым внешним оформлением покрытия.

Асфальтовые плиты – подразделяются на неармированные и армированные. Плиты изготавливаются либо на основе асфальтовой природной мастике, т.е. с применением асфальтового порошка, либо на основе асфальтобетонной массы с применением нефтебитума. Неармированные плиты изготавливаются размером : длина 800 – 1000 мм, ширина 500 – 600 мм, толщина 10 – 20 мм. Они применяются при гидроизоляции монолитных оснований для перекрытия швов и т.д.

В армированных плитах в качестве арматуры используется ткань или строительный картон, укладываемые в один или несколько слоев, склеенных между собой, металлическая сетка и перфорированные полоски, стеклоткань, предварительно пропитанная тероплавким битумом. С обеих сторон арматуры наносятся слои асфальтовой гидроизоляционной мастики или раствора. Они употребляются в тех случаях, когда стремятся обеспечить повышенную прочность изоляционного покрытия, используются в гидроизоляционном строительстве, при устройстве дорожных покрытий. Размеры : длина 1000 – 2000мм, ширина 750 – 1200мм и толщина 20 – 40мм.

Асфальтовые доски – является разновидностью асфальтовых плит. Они также изготавливаются из песка и каменной крошки, порошкообразного волокнистого наполнителя и битума. Доски удобно производить прокатным способом.

Плиты на основе минеральной пробки. Минеральной пробкой называется плитный теплоизоляционный материал, получаемый формованием смеси, состоящей из минеральной ваты, битумной эмульсии, добавок.

Добавки – искусственная смола, пластичная глина, асбест 6 и 7 сортов и др.

Сформованные плиты подвергаются прессованию и сушке. Могут использоваться в тепло – и гидроизоляции.

Листовой и плиточный гидроизоляционный материал на основе пластмасс. Для его производства используют поливинилхлорид, полиизобутилен, фенопласты и фторопласты. Изделия не размыкают в воде, не пропускают воду, не подвержены коррозии, легкие и удобные в строительстве.

Камни гидроизоляционные – получаются пропиткой искусственного или природного штучного камня битумом, дегтем, петролатумом и другими гидрофобизирующими веществами. Пропитка производится при температуре битума 180 - 200ºС. Используют для гидроизоляционного слоя между фундаментом и конструкцией, для гидроизоляционной облицовки. Укладывается на асфальтовом растворе при температуре 150°С.

Упруго вязкие штучные герметики.

Представлены эластичными прокладками. Они изготавливаются в виде пористых или монолитных жгутов различной конфигурации.

Пороизол – пористый эластичный герметизирующий материал, выпускаемый в виде жгутов круглого, овального или прямоугольного сечения диаметром(стороной) 30, 40, 50 и 60мм. Его изготовляют из дешевого недефицитного сырья – старой резины, которую перерабатывают в крошку и девулканизируют совместно с нефтяным дистиллятом при температуре 150 -160°С, затем в массу вводят порообразователь (3 – 5%),вулканизирующий агент (1 – 2%) и антисептик. Пороизол в зависимости от назначения выпускают двух марок : М и Т.

Пороизол марки М – материал с незакрытыми порами на поверхности – применяют в сочетании с холодной мастикой изол для герметизации наружных стыков между панелями полносборных зданий. Приклеивается мастикой изол и покрывается сверху.

Пороизол – марки П представляет собой материал с защитной монолитной озоностойкой пленкой, наличие которой позволяет использовать его для герметизации наружных швов без мастики.

Для обеспечения качественной герметизации стыков наружных стеновых панелей пароизол обеих марок быть сжат в шве на 30 – 50% первоначального поперечного размера и приклеен мастикой изол к стыкующим поверхностям. Упаковывается в связки по 10 штук, которые обертываются в бумагу и перевязываются. Хранение – в закрытых складах под навесом.

Гернит П – эластичная пористая герметизирующая прокладка, длиной 3 м, диаметром 40 – 6 мм. Его изготавливают вулканизацией газонаполненной резиновой смеси, основным компонентом которого является полихлоропреновый каучук – найрит. Плотная водонепроницаемая наружная пленка на поверхности гернита предохраняет пористый материал от насыщения влагой.

Гернит П применяют для уплотнения стыков между панелями, причем прокладки обжимаются в стыке в пределах 30 – 40% начального обьема.

Профилированные герметизирующие изделия получают из поливинилхлорида. Они имеют разнообразную форму, обеспечивающую надежное защемление прокладок в стыке. Помимо герметизации за счет применения прокладок различного цвета достигается также декоративное оформление стыка.

Рыхлые материалы

Применение гидрофобных дисперсных материалов упрощает конструктивные выполнения покрытий и вместе с тем может быть надежным гидроизолятором на горизонтальной или слегка наклоненной поверхности. Рыхлые материалы разделяются на гидрофобные порошки и гидрофобные грунты.

Гидрофобный порошок – зола – унос, частицы которой окружены тончайшей пленкой битума. Кроме золы – унос могут использоваться массы, мелкие пески и прочее.

Гидрофобный грунт. Это грунт, обработанный гидрофобизатором и может представлять более или менее качественную гидроизоляцию при устройстве оснований фундаментов, полов, водоемов и пр. Гидрофобизаторы – битум, деготь и др.

Гидрофобная земля – получается путем обработки грунта раствором железного купороса (FeSO4·7H3O) или хлорного железа (FeCe3·6H3O) и раствором мылонафта.

Список литературы

  1. Ю.П. Горлов, А.П. Меркин, А.А. Устенко Технология теплоизоляционных материалов. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1980. – 399 с.

  2. М.Ф. Сухарев Производство теплоизоляционных материалов – М.: Высшая школа, 1973.

  3. Сухарев М.Ф., Майзель И.Л., Сандлер В.Г. Производство теплоизоляционных материалов. – М.: Высшая школа, 1981. – 231 с.

  4. К.О. Горяйнов, Л.С. Волкович Лабораторный практикум по технологии теплоизоляционных материалов и изделий – М.: Высш. школа, 1978

  5. Ю.П. Горлов Лабораторный практикум по технологии теплоизоляционных материалов. - М.: Высш. школа, 1982.

  6. И.А. Рыбьев. Технология гидроизоляционных материалов. – М.:, 1964, 307 с.

1

Смотреть полностью


Скачать документ

Похожие документы:

  1. Советник раасн профессор каф строительного материаловедения и специальных технологий д т н акулова изоляционных строительных материалов и изделий часть 1 теплоизоляционные звукоизоляционные материалы и изделия и огнеупоры введение

    Документ
    СоветникРААСН, профессоркаф. Строительногоматериаловедения и специальныхтехнологий д.т.н. Акулова М.В. Технологияизоляционныхстроительныхматериалов и изделийЧасть 1. Теплоизоляционные, звукоизоляционныематериалы и изделия и огнеупоры ...

Другие похожие документы..