Неорганические теплоизоляционные материалы

К неорганическим теплоизоляционным материалам относят минераль­ную вату, стеклянное волокно, пеностекло, вспученные перлит и изделия из него (рис. 12.27), вермику­лит, асбестосодержащие теплоизоляционные изделия, ячеистые бетоныидругие материалы.

Рис. 12.27. Некоторые характеристики термоперлита и изделий из него.

 

Минеральная вата и изделия из нее. Минеральная вата - волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из силикатных расплавов. Сырьем для ее производства служат горные породы (известняки, мергели, диориты и другие), отходы металлургической промышленности (доменные и то­пливные шлаки) и промышленности строительных материалов (бой глиня­ного и силикатного кирпича).

Производство минеральной ваты состоит из двух основных технологи­ческих процессов: получение силикатного расплава и превращение этого расплава в тончайшие волокна. Силикатный расплав образуется в вагранках шахтных плавильных печей, в которые загружают минеральное сырье и топ­ливо (кокс). Расплав с температурой 1300-1400 °С непрерывно выпускают из нижней части печи.

Есть два способа превращения расплава в минеральное волокно: дутьевой и центробежный. Дутьевой способ заключается в том, что на струю жидкого расплава, вытекающего из летки вагранки, воздейст­вует струя водяного пара или сжатого газа. Центробежный способ основан на использовании центробежной силы для превращения струи расплава в тончайшие минеральные волокна толщиной 2-7 мкм и длиной 2-40 мм. По­лученные волокна осаждаются в камере осаждения на движущуюся ленту транспортера. Минеральная вата - это рыхлый материал, состоящий из тончайших переплетенных минеральных волокон и малого числа стекловидных включений (шариков, цилиндриков и т.д.), так называемых корольков (чем их меньше, тем выше ее качество). В зависимости от плотности минеральная вата бывает марок 75, 100, 125 и 150. Она огнестойка, не гниет, малогигроскопична и имеет низкую теплопроводность - от 0,04 до 0,05 Вт/(м·°С) (рис. 12.28).

Рис. 12.28. Некоторые свойства теплоизоляции из минеральной ваты.

 

Минеральная вата хрупка и при ее укладке образуется много пыли, по­этому вату гранулируют, то есть превращают в рыхлые комочки - гранулы. Их применяют в качестве теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и пе­рекрытий. Сама минеральная вата является как бы полуфабрикатом, из кото­рого делают разнообразные теплоизоляционные минераловатные изделия: войлок, маты, полужесткие и жесткие плиты, скорлупы, сегменты и т. д.

Пример использования минеральной ваты для теплоизоляции с обоснованием принятого решения показан на рис. 12.29.

Стеклянная вата и изделия из нее. Стеклянная вата - материал, со­стоящий из беспорядочно расположенных стеклянных волокон, полученных из расплавленного сырья. Сырьем для производства стекловаты служит сырьевая шахта для варки стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода и сульфат натрия) или стекольный бой. Производство стеклянной ваты и изделий из нее состоит из следующих технологических процессов: варка стекломассы в ванных печах при 1300-1400 °С, изготовление стекловолокна и формование изделий.

Рис. 12.29. Пример использования минеральной ваты для утепления крыши.

 

Стекловолокно из расплавленной массы получают способами вытяги­вания или дутья. Стекловолокно вытягивают штабиковым (подогревом стек­лянных палочек до расплавления с последующим их вытягиванием в стекло­волокно, наматываемое на вращающиеся барабаны) и фильерным (вытягива­нием волокон из расплавленной стекломассы через малые отверстия-фильтры с последующей намоткой волокон на вращающиеся барабаны) спо­собами. При дутьевом способе расплавленная стекломасса распыляется под действием струи сжатого воздуха или пара. В зависимости от назначения производят текстильное и тепло­изоля­ционное (штапельное) стекловолокно. Средний диаметр текс-тильного во­локна 3-7 мкм, а теплоизоляционного 10-30 мкм. Стеклянное волокно имеет гораздо большие длину, химическую стойкость и прочность, чем волокна мине­ральной ваты. Плотность стеклянной ваты 75-125 кг/м³, теплопроводность 0,04-0,052 Вт/(м·°С), предельная температура ее применения 450 °С. Из стекловолокна делают маты, плиты, полосы и другие изделия, в том числе тканые (рис. 12.30).

Рис. 12.30. Теплоизоляционные изделия из стекловолокна.

 

 

Рис. 12.31. Примеры использования теплоизоляционных изделий

из стекловолокна (ISOVER): А - утепление стены из легких бетонных блоков; Б - утепление кирпичной стены; В - утепление бревенчатой стены;

Г - утепление каркасной стены и цоколя.

Рис. 12.32. Использование минеральной ваты и стекловолокна в зданиях.

Перлит вспученный - это природный минерал, руду которого добывают в местах извержения вулканов шахтным способом, который проходит термическую обработку методом обжига породы при температуре 800-1100 °С. После освобождения молекул воды (испарения) перлитовый песок имеет пористую структуру и снежно-белый цвет. Его можно применять как теплоизоляционного материал (рис. 12.33).

Термоперлит – это теплоизоляционный материал, состоящий из вспученного перлита и щелочных добавок. Тепловую обработку отформованных изделий производят в конвейерной печи при температуре 570-580 °С, обеспечивающей спекание частиц вспученного перлита в течение 1,5 ч. Термоперлит имеет плотность 150-200 кг/м³; предел прочности при сжатии 0,2-0,5 МПа, при изгибе 0,15-0,25 МПа; теплопроводность 0,051-0,058 Вт/(м • °С). Максимальная температура применения 600 °С. Усадка при этой температуре не превышает 1,5 %.

Рис. 12.32. Использование вспученного перлита для теплоизоляции.

Керамзитовый гравий представляет собой частицы округлой формы с оплавленной поверхностью и порами внутри.

В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий или керамзит делят на различные фракции. В ГОСТ 9757-90 предусматриваются следующие фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5-10, 10-20 и 20-40 мм. Зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку.

По насыпной плотности керамзитовый гравий бывает 10 марок: от 250 до 800, причем к марке 250 относят керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м³, к марке 300 - до 300 кг/м³ и т. д. Для каждой марки по насыпной плотности стандарт устанавливает требования к прочности керамзитового гравия при сдавливании в цилиндре и соответствующие им марки по прочности. Водопоглощение керамзитового гравия 8-20 %, морозостойкость - не менее 25 циклов.

Пеностекло - теплоизоляционный материал ячеистой структуры. Сырьем для производства изделий из пеностекла (плит, блоков) служит смесь тонкоизмельченного стеклянного боя с газообразователем (молотым извест­няком). Сырьевую смесь засыпают в формы и нагревают в печах до 900 °С, при этом происходит плавление частиц и разложение газообразователя. Вы­деляющиеся газы вспучивают стекломассу, которая при охлаждении превра­щается в прочный материал ячеистой структуры.

Пеностекло имеет ряд ценных свойств, выгодно отличающих его от многих других теплоизоляционных материалов: пористость пено­стекла 80-95 %, размер пор 0,1-3 мм, плотность 200-600 кг/м³, теплопровод­ность 0,09-0,14 Вт/(м·°С), предел прочности при сжатии пеностекла 2-6 МПа. Кроме того, пеностекло характеризуется водостойкостью, морозостойко­стью, несгораемостью, хорошим звукопоглощением, его легко обрабатывать режущим инструментом.

Пеностекло в виде плит длиной 500, шириной 400 и толщиной 70-140 мм используют в строительстве для утепления стен, перекрытий, кровель и других частей зданий, а в виде полуцилиндров, скорлуп и сегментов - для изоляции тепловых агрегатов и теплосетей, температура которых не превышает 300 °С. Кроме того, пеностекло служит   звукопоглощающим и одновременно отделочным материалом для аудиторий, кинотеатров и концертных залов.

Асбестосодержащие материалы и изделия. К материалам и изде­лиям из асбестового волокна без добавок или с добавкой связующих веществ относят асбестовые бумагу, шнур, ткань, плиты и другие. Асбест может быть также частью композиций, из которых изготовляют разнообразные теплоизо­ляционные материалы (совелит и др.). В указанных материалах и из­делиях используют ценные свойства асбеста: температуростойкость, вы­сокую прочность, волокнистость и т. д.

Алюминиевая фольга (альфоль) - новый теплоизоляционный мате­риал, представляющий собой ленту гофрированной бумаги с наклеенной на гребне гофров алюминиевой фольгой. Этот вид теплоизоляционного ма­териала в отличие от любого пористого материала сочетает низкую тепло­проводность воздуха, заключенного между листами алюминиевой фольги, с высокой отражательной способностью самой поверхности алюминиевой фольги.

Практика использования алюминиевой фольги в теплоизоляции пока­зала, что оптимальная толщина воздушной прослойки между слоями фольги должна быть 8-10 мм, а количество слоев должно быть не менее трех. Плот­ность такой слоевой конструкции из алюминиевой фольги 6-9 кг/м³, тепло­проводность - 0,03-0,08 Вт/(м·°С).

Алюминиевая фольга используется в ка­честве отражательной теплоизоляции в теплоизоляционных слоистых конструк­циях зданий и сооружений, а также для теплоизоляции поверхностей про­мышленного оборудования и трубопроводов при температуре 300 °С.