Лекция «Теплоизоляционные материалы из вспученных горных пород. Асбестосодержащие материалы и изделия»
план-конспект занятия

Лекция «Теплоизоляционные материалы из вспученных горных пород. Асбестосодержащие материалы и изделия»

Цель занятия: рассмотреть и изучить виды теплоизоляционных материалов, способы их получения.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

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 чешуйки (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 первоначальный объем зерен в 15...20 раз и более. Плотность вспученного вермикулита при крупности зерен 5...15 мм составляет 80...150 кг/м3, при более мелких зернах она увеличивается до 400 кг/м3. Теплопроводность при температуре до 100 °С равна 0,048...0,10 Вт/(м-°С), а с увеличением температуры до 400 °С повышается до 0.14...0.18 Вт/(м-°С).

Рисунок 1 – Вспученный вермикулит

Вспученный перлит получают путем измельчения и обжига перлита, обсидиана и других вулканических горных пород стекловидного строения, содержащих небольшое количество гидратной воды (3...5%). При быстром нагреве до температуры 900...1200 °С вода переходит в пар и вспучивает размягченную породу; она распадается на отдельные шарообразные зерна с увеличением в объеме в 5...10 раз и более (пористость зерен 80... 90 %). Насыпная плотность перлитового песка колеблется от 75 до 250 кг/м3, щебня до 500 кг/м3. Теплопроводность при 25 °С составляет 0,046...0,08 Вт/ (м • °С).

Рисунок 2 – Вспученный перлит

Вспученные вермикулит и перлит используют в виде теплоизоляционных 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.

Безобжиговые перлитовые и вермикулитовые теплоизоляционные изделия изготовляют на портландцементе, жидком стекле, синтетических смолах, битуме, различных клеях. Обжиговые изделия получают на связке из огнеупорной глины, диатомита.

Свойства изделий зависят от вида вяжущего: плотность — от 200 до 500 кг/м3, а теплопроводность при 25°С — от 0,05 до 0,2 Вт/(м-°С). Изделия на битумной связке применяют при температуре эксплуатации до 60°С, на цементном связующем и жидком стекле (стеклоперлит) — до 600°С, а на керамической связке (керамоперлит) — до 900...1200°С.

Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы и изделия разделяют на асбестовые, состоящие из асбестового волокна (асбестовые 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 материалов перед применением затворяют водой и полученную пластичную 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 асбестового волокна 5...6-го сортов с небольшим количеством (до 5%) склеивающих веществ (крахмал, казеин). Толщина бумаги 0,3..Л,5 мм, плотность 450... 950 кг/м3, а теплопроводность при 100°С составляет 0,14...0,198 Вт/(м-°С); предельная температура применения 500°С. Кроме гладкой выпускают гофрированную бумагу. Гладкую бумагу используют в качестве теплоизоляционной прокладки при изоляции трубопроводов, а гофрированную — для производства одной из разновидностей асбестового картона (ячеистый асбестовый картон).

Рисунок 3 – Асбестовый бумага

Асбестовый картон изготовляют из асбеста 4...5-го сортов с наполнителем (каолин) и склеивающим веществом (крахмал) в виде листов толщиной 2... 10 мм. Плотность листов 900...Г000 кг/м3, теплопроводность при 100°С 0,182 Вт/(м-°С). Асбестовый 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 склеивания жидким стеклом или клеем чередующихся слоев гладкой и гофрированной асбестовой бумаги. Благодаря пористому строению такой картон легок и малотеплопроводен [теплопроводность при 50 °С и плотности 200...600 кг/м3 составляет 0,052...0,093 Вт/(м-°С)]. В виде плит его применяют для теплоизоляции плоских поверхностей, в виде цилиндрических и полуцилиндрических покрышек — для изоляции трубопроводов.

Рисунок 4 – Асбестовый картон

Асбестодиатомовые (асбестотрепельные) теплоизоляционные материалы представляют собой порошки, состоящие из смеси асбеста (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 поверхность. Плотность изделий из асбозурита в сухом состоянии 500...800 кг/м3, а теплопроводность при 100 °С — 0,093...0,21 Вт/(м-°С); температуростойкость — до600°С.

Вулканитовые изделия (асбестоизвестковотрепельные) изготовляют 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 происходит образование гидросиликатов кальция, обеспечивающих прочность вулканита. Плотность вулканитовых плит до 400 кг/м3, теплопроводность при 50 °С не выше 0,091 Вт/(м-°С), предел прочности при изгибе не менее 0,3 МПа, максимальная температура применения 600 °С.

Асбестомагнезиальные и асбестодоломитовые теплоизоляционные материалы и изделия изготовляют из смесей асбеста 5—6-го сортов с легкой водной углекислой солью магния (ныовель) или асбеста с водной углекислой солью магния и углекислого кальция (совелит), получаемых соответственно при переработке магнезита и доломита. Ныовель и совелит в виде порошков используют для засыпной или мастичной теплоизоляции, а также для изготовления плит, скорлуп и сегментов. Плотность совелитовых изделий не более 400 кг/м3, теплопроводность при 100 °С не выше 0,093 Вт/(м-°С), предельная температура применения 500 °С.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что собой представляет вспученный вермикулит, какими свойствами обладает?
2. Как получают вспученный перлит, какими свойствами обладает?
3. Что такое вулканические изделия?