Неорганические теплоизоляционные материалы

3

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Кафедра Автомобильных дорог

РЕФЕРАТ

На тему:

“Минеральные теплоизоляционные материалы”

Выполнил: студент группы

Проверил: преподаватель

Содержание

Минеральная вата и изделия из неё

Стеклянная вата и изделия из нее

Пеностекло

Теплоизоляционные материалы из вспученных горных пород и изделия на их основе

Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы и изделия

Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия изготовляют на основе минерального сырья (горных пород, шлака, стекла, асбеста). К этой группе относят: минеральную, стеклянную вату и изделия из них, некоторые виды легких бетонов на пористых заполнителях (вспученном перлите и вермикулите), ячеистые теп-лоизоляционные бетоны, пеностекло, асбестовые и асбестосодержащие материалы, керамические и др. Эти материалы малогигроскопичные, огнестойки, не подвергаются загниванию. Их используют как для утепления строительных конструкций, так и для изоляции горячих поверхностей промышленного оборудования и трубопро-водов.

1. Минеральная вата и изделия из нее по объему производства занимает первое место среди всех теплоизоляционных материалов. Этому способствует наличие неограниченных сырьевых ресурсов для их получения в виде горных пород (доломита, известняка, мергелей и др.) и шлаков, простота технологического процесса и небольшие капиталовложения при организации производства.

Минеральная вата состоит из искусственных минеральных воло-кон.

Производство минеральной ваты включает две основные техно-логические операции -- получение расплава и превращение его в тончайшие волокна. Для получения расплава применяют, как правило, шахтные плавильные печи -- вагранки или ванные печи. Превращение расплава в минеральное волокно производят дутьевым или центробежным способами.

При дутьевом способе выходящий из печи расплав разбивается на мелкие капельки струей пара или воздуха, которые вдуваются в специальную камеру и в полете сильно вытягиваются, превра-щаясь в тонкие волокна диаметром от 2 до 20 мкм.

При центробежном способе струя жидкого расплава поступает на быстровращающийся диск центрифуги и под действием большой окружной скорости сбрасывается с него и вытягивается в волокна. Объемная масса минеральной ваты -- 75--150 кг/м³, теплопровод-ность 0,042--0,046 Вт/ (м * К). Вата не горит, не гниет, ее не портят грызуны, она малогигроскопична, морозостойка и температуростойка. Минеральную вату применяют для теплоизоляции как хо-лодных (до --200 °С), так и горячих (до +600 °С) поверхностей, чаще в виде изделий: войлока, матов, полужестких и жестких плит, скорлуп, сегментов. Иногда вату используют в качестве теплоизо-ляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий, для чего ее гра-нулируют, т. е. превращают в рыхлые комочки во вращающемся дырчатом барабане.

Минеральный войлок выпускают в виде листов и рулонов из ми-неральной ваты, слегка пропитанной дисперсиями синтетических смол и спрессованной (рис. 1, а). Объемная масса войлока -- 100--150 кг/м³, теплопроводность -- 0,046--0,052 Вт/ (м- К). Листы и полотнища минерального войлока длиной 100--300 см, шириной 275_125 см, толщиной 3--6 см применяют для утепления стен перекрытий в кирпичных, бетонных и деревянных домах.

Минераловатные маты представляют собой минераловатный ковер, заключенный между битуминизированной бумагой, стекло-тканью или металлической сеткой, прошитый прочными нитями _или тонкой проволокой (рис. 1, г). Длина матов-- от 60--120 но 500 см, ширина -- от 30--100 до 150 см, толщина -- от 3 до 10 см. Объемная масса матов-- 100--200 кг/м³, теплопроводность -- от 0,046 до 0,058 Вт/(м-К).

Маты применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, их используют также для утепления свежеуложенных бетонов и растворов при строительстве в холодное время года.

Минераловатные полужесткие плиты (рис. 1 б) изготов-ляют из минерального волокна путем нанесения на него распылением связующего (синтетических смол или битума) с последующим прес-сованием и термообработкой для сушки или полимеризации. Объем-ная масса плит в зависимости от вида связующего и уплотнения -- 75--300 кг/м³, теплопроводность -- 0,046--0,069 Вт/(м-К).

Полужесткие изделия применяют для теплоизоляции огражда-ющих конструкций зданий и горячих поверхностей оборудования при температуре до 200--300 °С, если изделия изготовлены на син-тетическом связующем, и до 60 °С-- на бутумном связующем.

Минераловатные жесткие изделия получают смешиванием ми-неральной ваты с битумной эмульсией или синтетическими смолами с последующим формованием, прессованием и прогреванием отфор-мованных изделий для их сушки или полимеризации. Минераловат-ные жесткие плиты изготовляют длиной 1 м, шириной 0,5 и толщиной 4, 5, 6 см. Жесткие плиты делят на марки от 150 до 400 кг/м³. Теп-лопроводность плит находится в пределах 0,051--0,087 Вт/ (м-К).

Минераловатные жесткие плиты применяют для утепления стен, покрытий и перекрытий жилых и промышленных зданий и. холо-дильников. Жесткие плиты и фасонные изделия -- сегменты, скор-лупы (рис. 1, б) на синтетическом и бентонитоколлоидном свя-зующих применяют для теплоизоляции горячих поверхностей.

Промышленность выпускает также Минераловатные плиты по-вышенной жесткости и твердые плиты на синтетических связующих, которые характеризуются более высокой прочностью и большими размерами, чем обычные жесткие плиты. Такие плиты размером 180x120 см, а при определенных параметрах уплотнения до 360 X 120 см экономически целесообразно применять для утепления стен, перекрытий и покрытий зданий. Например, 1 м² покрытия с использованием твердых минераловатных плит (рис. 2) в 5--7 раз легче и на 25--40 % дешевле по сравнению с железобетонным покрытием, утепленным пенобетоном (рис. 3).

2. Стеклянная вата и изделия из нее.

Стеклянная вата является разновидностью искусственного минерального волокна. Для изго-товления ваты используют стеклянный бой или те же сырьевые материалы, что и для оконного стекла: кварцевый песок, известняк или мел, соду или сульфат натрия. Тонкое стеклянное волокно для текстильных материалов получают вытягиванием из расплав-ленной стекломассы (фильерный и штабиковый способы). Более грубое волокно, применяемое для тепловой изоляции, изготовляют дутьевым или центробежным способами. Такое волокно обычно называют стеклянной ватой.

Объемная масса стеклянной ваты обычно не превышает 125 кг/м³, i теплопроводность -- 0,052 Вт/ (м-К). Промышленность выпускает также супертонкое стекловолокно с объемной массой до 25 кг/м³ и теплопроводностью около 0,03 Вт/(м-К).

Стеклянная вата практически не дает усадки в конструкциях, волокна ее не разрушаются при длительных сотрясениях и вибрации. Она плохо проводит и хорошо поглощает звук, малогигроскопична, морозостойка. Слой стеклянной ваты толщиной 5 см соответствует по термическому сопротивлению кирпичной стене толщиной в 1 м.

Стекловатные маты длиной до 300 см, шириной до 100 см и толщиной 2--6 см и полужесткие и жесткие плиты размером 100 X (50--150) X (3--5 см), а также фасонные изделия на свя-зующих из синтетических смол применяют в качестве теплоизоля-ционного и акустического материала при температуре не выше 200 ^оС, а прошивные маты и полосы -- при температуре до 450 °С.

3. Пеностекло (ячеистое стекло) выпускают в виде блоков или плит размером 50 X 40 X (8--14) см путем спекания порошка стеколь-ного боя или некоторых горных пород вулканического происхожде-ния (трахиты, сиениты, нефелины, обсидианы и др.) с газообразователями, например с известняком или антрацитом. При температуре 800--900 °С частицы стекольного боя начинают сплавляться, а вы-деляющиеся из газообразователя газы образуют большое количество пор (пористость от 80 до 95 %). При этом в стекловидном материале межпоровых стенок содержатся мельчайшие микропоры. Двоякий характер пористости обеспечивает высокую теплоизоляционную способность пеностекла.

Теплопроводность у плит из пеностекла при объемной массе 150--300 кг/м³ колеблется от 0,053 до 0,12 Вт/(м-К), а предел прочности при сжатии от 2,0 до 6,0 МПа, при этом они хорошо обрабатываются (пилятся, сверлятся, шлифуются). Изделия из пеностекла обладают высокой водостойкостью, морозостойкостью и температуростойкостью. Для стекол обычного состава температуростойкость равна 300--400 °С, для бесщелочного стекла -- до 1000 ^оС.

Пеностекло применяют как утеплитель стен, перекрытий, полов и кровель промышленных и гражданских зданий, в том числе железобетонных панелей в сборных крупнопанельных домах, в конструкциях холодильников, а также для изоляции тепловых установок и сетей.

4. Теплоизоляционные материалы из вспученных горных пород и изделия на их основе. Некоторые горные породы, содержащие в своем составе связанную воду, при нагреве теряют ее. Вода превращается в пар, вспучивает предварительно дробленую породу, в результате Чего образуются пористые зерна (вспученный перлит) или че-шуйки (вспученный вермикулит).

Вспученный вермикулит представляет собой сыпучий пористый материал в виде чешуйчатых частиц золотистого цвета, получаемых ускоренным обжигом до вспучивания вермикулита -- гидрослюды, содержащей между элементарными слоями связанную воду. Пар, образующийся из этой воды, действует перпендикулярно плоскостям спайности и раздвигает пластинки слюды, увеличивая первоначаль-ный объем зерен в 15--20 раз и более. Объемная масса вспученного вермикулита при крупности зерен от 5 до 15 мм составляет 80-- 150 кг/м³, при более мелких зернах она увеличивается до 400 кг/м³. Теплопроводность при температуре до 100 °С составляет 0,048-0,10 Вт/ (м-К), а с увеличением температур до 400 °С повышается до 0,14--0,18 Вт/(м-К).

Вспученный перлит получают путем измельчения и обжига перлита, обсидиана и других вулканических горных пород стекло-видного строения, содержащих небольшое количество гидратной воды (3--5 %). При быстром нагреве до температуры 900--1200 ^оС вода переходит в пар и вспучивает размягченную породу; она распа-дается на отдельные шарообразные зерна с увеличением в объеме в 5--10 раз и более (пористость зерен 80--90 %). Объемная насыпная масса перлитового песка колеблется от 100 до 250 кг/м³, щебня до 500 кг/м³. Теплопроводность при 25 °С находится в пределах 0,046--0,071 Вт/(м-К).

Вспученные вермикулит и перлит используют в виде теплоизо-ляционных засыпок при температуре изолируемых поверхностей соответственно до 1100 и 800 °С. На их основе в смеси с вяжущим веществом получают растворные и бетонные смеси, из которых формуют теплоизоляционные изделия (плиты, скорлупы, сегменты, кирпич) или выполняют теплоизоляционные, звукопоглощающие и декоративные штукатурки, а на основе перлитового песка и щебня также конструктивно-теплоизоляционные конструкции. Например, цементный бетон на вспученном перлите при объемной массе 900-- 1000 кг/м³ имеет прочность при сжатии до 10 МПа, а теплопро-водность -- около 0,26 Вт/ (м * К).

Безобжиговые перлитовые и вермикулитовые теплоизоляционные изделия изготовляют на портландцементе, жидком стекле, синте-тических смолах, битуме, различных клеях. Обжиговые изделия получают на связке из огнеупорной глины, диатомита. Свойства изделий зависят от вида вяжущего. Объемная масса колеблется от 200 до 500 кг/м³, а теплопроводность при 25 °С от 0,06 до 0,1 Вт/(м * К). Изделия на битумной связке применяют при температуре эксплуа-тации до 60 °С, на цементном связующем и жидком стекле -- до 600 ^оС, а на керамической связке -- до 900--1200 °С.

5. Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы и изделия разделяют на асбестовые, состоящие только из асбестового волокна (асбестовая бумага, картон и изделия из них), и асбестосодержащие, изготовляемые из смеси асбестовых волокон с неорганическими вяжущими веществами (магнезиальные вяжущие, известь, цемент) или с трепелом (диатомитом). Порошкообразные смеси этих материа-лов перед применением затворяют водой и полученную пластическую массу наносят на изолируемую поверхность. В заводских условиях из таких же масс формуют изделия -- плиты, сегменты и скорлупы.

Асбестовую бумагу изготовляют в виде листов и рулонов из асбес-тового волокна 5--6-го сортов с небольшим количеством (до 5 %) склеивающих веществ (крахмал, казеин). Толщина бумаги --

0,3--1,5 мм, объемная масса -- 450--950 кг/м³, а теплопроводность при 100 °С-- от 0,14 до 0,198 Вт/ (м-К); предельная температура применения 500 °С. Кроме гладкой выпускают гофрированную бумагу. Гладкую бумагу используют в качестве теплоизоляционной прокладки при изоляции трубопроводов, а гофрированную -- для изготовления одной из разновидностей асбестового картона (ячеис-тый асбестовый картон).

Асбестовый картон изготовляют из асбеста 4--5-го сорта с на-полнителем (каолин) и склеивающим веществом (крахмал) в виде листов толщиной от 2 до 10 мм. Объемная масса листов -- 900-- 1000 кг/м³, теплопроводность при 100 °С -- 0,182 Вт/ (м-К). Асбес-товый картон применяют для изоляции трубопроводов (до 500 °С), а также для покрытий деревянных конструкций и дверей, чтобы повысить их огнестойкость.

Асбестовый картон ячеистого строения изготовляют путем склеи-вания жидким стеклом или клеем чередующихся слоев гладкой и гофрированной асбестовой бумаги. Благодаря пористому строению такой картон легок и мало теплопроводен (теплопроводность при 50°С и объемной массе 200--600 кг/м³ составляет 0,052--0,093 Вт/(м-К). В виде плит его применяют для теплоизоляции плоских поверхнос-тей, в виде цилиндрических и полуцилиндрических покрышек -- для изоляции трубопроводов.

Асбестодиатомовые (асбестотрепельные) теплоизоляционные ма-териалы представляют собой порошки, состоящие из смеси ас-беста (15 %) и молотого трепела или диатомита (асбозурит), иногда с добавками других веществ -- слюдяных чешуек, отходов асбестоцементных заводов (асбослюда, асботермит). Порошки затворяют водой и в виде тестообразной массы наносят на изолируемую по-верхность. Объемная масса изделий из асбозурита в сухом состоя-нии -- 500--800 кг/м³, а теплопроводность при 100 °С -- от 0,093 до 0,21 Вт/(м-К); температуростойкость -- до 600 °С.

Из асбестоизвестковотрепельных теплоизоляционных изделий наибольшее применение нашли вулканитовые изделия. Их изго-товляют из смеси диатомита (60 %), асбеста (20 %), извести (20 %) и воды. Изделия в виде плоских или лекальных плит небольших размеров после формования пропаривают в автоклаве, где проис-ходит образование гидросиликатов кальция, обеспечивающих проч-ность вулканита.

Объемная масса вулканитовых плит -- до 400 кг/м³, теплопровод-ность при 50 ^СС --не выше 0,091 Вт/(м-К), предел прочности при изгибе -- не менее 0,3 МПа, максимальная температура примене-ния -- 600 °С.

Асбестомагнезиальные и асбестодоломитовые теплоизоляцион-ные материалы и изделия изготовляют из смесей асбеста 5--6-го сорта с легкой водной углекислой солью магния (ньювель) или ас-беста с водной углекислой солью магния и углекислого кальция (совелит), получаемых соответственно при переработке магнезита и доломита. Ньювель и совелит в виде порошков используют для засыпной или мастичной теплоизоляции, а также для изготовления плит, скорлуп и сегментов. Совелит дешевле и не менее эффективен, чем ньювель.

Объемная масса совелитовых изделий -- не более 400 .кг/м⁸, теплопроводность при 100 °С-- не выше 0,093 Вт/ (м-К), предель-ная температура применения -- 500 °С.