Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
К группе неорганических теплоизоляционных материалов относятся: минеральная и стеклянная вата и изделия из них; ячеистое стекло (пеностекло); легкие бетоны с применением вспученных перлита и вермикулита; ячеистые теплоизоляционные бетоны; асбестовые и асбестосодержащие материалы; керамические теплоизоляционные изделия и огнеупорные легковесы. Отличительной особенностью неорганических теплоизоляционных материалов является их достаточная огнестойкость, малая гигроскопичность, неподверженность загниванию, низкая теплопроводность.
Минеральная вата применяется для теплоизоляции холодных (до -200°С) и горячих (до 600°С) поверхностей. Укладка ваты слоем — сравнительно трудоемкий процесс, поэтому ее чаще при засыпной изоляции превращают в гранулы во вращающемся дырчатом барабане. Однако основными видами изделий с применением минеральной ваты являются плиты полужесткие и жесткие на битумном и синтетическом (полимерном) связующем. Битумы для плит полужестких, мягких и войлока применяют с температурой размягчения 50°С и выше; из синтетических смол наибольшим применением пользуется фенолоформальдегидная водоэмульсионная или мочевиноформальдегидная смолы. Волокна минеральной ваты смешивают со связующим веществом и из полученной массы при давлении и нагревании формуют изделия.
Из минеральной ваты изготовляют плиты теплоизоляционные на синтетическом связующем (фенолоспирте, растворе карбамидного полимера и др.) марок 50, 75, 125, 175, 200, 300 (по средней плотности). Длина плит 1000 мм, ширина 500; 1000 мм; толщина от 60 до 100 мм. Предел прочности при сжатии (при 10%-ной деформации) должен быть не менее 0,04 МПа для марки 300; предел прочности при растяжении — не менее 0,01 МПа для марок 50 и 75, предел прочности при изгибе — не менее 2 и 4 МПа соответственно для марок 200 и 300. Содержание синтетического связующего от 1,5 до 8% для плит разных марок.
Теплоизоляционные плиты из минеральной ваты на битумном связующем выпускают марок: 75, 100, 150, 200, 250. Теплопроводность плит первой категории качества при температуре 25±5°С должна быть не более 0,046—0,064 Вт/(м·К). Предел прочности на растяжение при изгибе для плит марок 200 и 250 первой категории качества соответственно не менее 0,1 и 0,12 МПа, а предел прочности при растяжении для плит марок 75 и 100 соответственно не менее 0,0075 и 0,008 МПа. Содержание битумного связующего вещества в плитах разных марок составляет 5—18%.
Плиты минераловатные повышенной жесткости, изготовляемые по технологии мокрого формования гидромассы или пульпы, должны иметь среднюю плотность не более 200 кг/м3, теплопроводность — не более 0,052 Вт/(м-К) при расходе синтетического связующего не более 10%, предел прочности при сжатии (при 10%-ной деформации) не менее 0,1 МПа.
К полужестким, гибким минераловатным изделиям относят плиты и скорлупы, маты и войлочные изделия, получаемые уплотнением ваты, обработанной битумом или синтетическим связующим веществом. Выпускают прошивные маты длиной до 2500 мм, шириной до 1000 мм и толщиной 40—120 мм. По средней плотности они делятся на марки 75, 100, 125, 150, а прошивают их суровыми нитями, шпагатом, стеклянными нитями или проволокой. Эти маты выпускают с обкладками с одной или двух сторон или без обкладок. Обкладочные материалы: упаковочная бумага, металлические сетки, ткани асбестовые, стеклосетки и др.
Как и другие, теплоизоляционные материалы должны обладать определенной прочностью, хотя и не высокой, но достаточной для монтажных работ и сохранения формы изделий.
Из минеральной ваты на синтетическом связующем изготовляют цилиндры и полуцилиндры для теплоизоляции трубопроводов с температурой поверхности от 180 до 400°С. По средней плотности они подразделяются на марки: 100, 150, 200. Длина их 500, 1000 мм, толщина 40—80 мм, внутренний диаметр 18— 219 мм. Теплопроводность при температуре 25±5°С — 0,041—0,045 Вт/(м·К), а при 125°С — 0,058 Вт/(м·К). Предел прочности при растяжении для изделий разных марок не менее 0,015— 0,025 МПа (рис. 3).
Стеклянная вата и изделия из нее обладают примерно теми же свойствами, что и минеральные. Эту разновидность, ваты применяют для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования, трубопроводов с температурой до 450°С, изделия в виде плит, матов, скорлуп — для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования при температуре до 200—450°С в зависимости от связки. В зависимости от назначения и средней плотности они подразделяются на марки: ПЖС-175 и ПЖС-200 (плиты жесткие строительные); ГШ-50 и ППС-75 (плиты полужесткие строительные); ППТ-40; ППТ-50; ППТ-75 (плиты полужесткие технические); МС-35, МС-50 (маты строительные); МТ-35 и МТ-50 (маты технические). По соглашению с потребителем изделия могут быть оклеены с одной или двух сторон стеклотканью, алюминиевой фольгой, синтетической пленкой и другими материалами. Они могут использоваться также в звукоизоляционных и звукопоглощающих конструкциях.
Ячеистое стекло — блоки и плиты, получаемые из измельченного в порошок стекла (стеклянного боя, эрклеза) в смеси с газообразователем (известняком, антрацитом) и при обжиге (900—1000°С). Марки по средней плотности 200 и 300; теплопроводность при температуре 25°С — 0,09—0,10 Вт/(м·К), предел прочности при сжатии 0,5—3,0 МПа. Плиты имеют пористость до 85—95%, размеры по длине 500 мм, ширине 400 мм, толщине 80—140 мм. Их применяют в качестве теплоизоляции ограждающих конструкций зданий (вкладыши в стеновых панелях). Они поглощают не только теплоту, но и звуковые волны.
Вспученные перлит и вермикулит составляют эффективные сыпучие теплоизоляционные материалы для засыпок и набивок полостей, но особенно в качестве заполнителей легких бетонов и растворов, применяемых в монолитном и сборном строительстве. Из вспученного перлита с применением минеральных или органических связующих веществ получают жароупорный перлитобетон с частичным введением в него молотого перлита для температур 500—700°С; перлитобетон — без добавления перлитовой молотой муки; поливинилацетатоперлит; мочевиноформальдегидоперлит и др.; изделия из керамзитоперлитобетрна, силикатоперлитовые, гипсоперлитовые, перлитоцементные, перлитобитумные изделия и т. п. Из вспученного вермикулита в нашей стране вырабатывают асбестовермикулитоперлитовые плиты и сегменты и асбестовермикулитовые плиты, скорлупы и сегменты на основе связующих веществ с применением асбеста и других добавок. Вермикулитобетон марки 50 применяют для изготовления трехслойных панелей. С использованием вспученных перлита и вермикулита можно получать материалы трех групп: 1) рядовая изоляция с температурой применения до +200°С — песок и пудра, перлитобитумная изоляция, перлитопластбетоны, лигноперлит; 2) среднетемпературная изоляция (до +600°С) — перлитоцементы, обжиговый легковес, термоперлит; 3) высокотемпературная изоляция (800—1000°С) — эпсоперлит, перлитокерамические изделия, жароупорный перлитобетон, перлитофосфатные изделия, перлитовые огнеупоры и др.
Ячеистые бетоны и силикаты применяют в качестве теплоизоляционных материалов и изделий при средней плотности ниже 400 кг/м3. По виду примененного порообразователя и вяжущего вещества их называют газобетонами, газосиликатами, пенобетонами, пеносиликатами. Эти бетоны могут быть со смешанным порообразователем и тогда их называют пеногазобетонами, пеногазосиликатами, керамзитопенобетонами и т. п. Из ячеистых бетонов обычно изготовляют плиты длиной до 1000 мм, шириной 400, 500, 600 мм, толщиной 80—240 мм. Их марки по средней плотности 350 и 400 кг/м3, а предел прочности при сжатии для изделий первой категории качества не менее 0,7—1 МПа и ≥ 0,8—1 МПа для изделий высшей категории качества; теплопроводность в сухом состоянии при температуре 25°С составляет 0,093—0,104 Вт/(м·К) и менее.
Плиты из ячеистых бетонов применяют для теплоизоляции стен (рис. 4, а, б, в) и перекрытий, укрытия поверхностей заводского оборудования и трубопроводов (пластичные бетоны и растворы).
Асбестовые и асбестосодержащие теплоизоляционные материалы представлены асбестовой бумагой, картоном, шнурами разного диаметра и пр., плитами, скорлупами, сегментами и др., мастичными изоляциями с применением порошков.
Штучные асбестоцементные теплоизоляционные изделия изготовляют из смеси распушенного асбеста V и VI сортов и цемента не ниже марки 300 с помощью прессования и сушки. Допускается частично заменять асбест минеральной ватой, а цемент — известково-трепельным вяжущим веществом. Изделия в виде плит (1000x500x30 мл скорлуп (длиной 500 мм при толщине 30—40 мм) и сегментов (длине 500 мм при толщине 50—80 мм) вырабатывают по средней плотности марок 400 и 450, прочностью при изгибе соответственно 0,2 и 0,25 MПа и теплопроводностью 0,08—0,09 Вт/(м·К). Используют для тепловой изоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 450°С (рис. 5).
С меньшей средней плотностью получают асбестовермикулитовые изделия путем прессования и сушки гидромассы, состоящей асбеста, вспученного вермикулита и связующих веществ. Прея смотрены три марки — 250, 300 и 350 по средней плотности (в кг/м3). Длина плит 500 и 1000 мм, ширина 500, толщина 40—100 мм, скорлупы и сегменты имеют длину 500 мм, толщину и 50 мм. Их применяют при температуре изолируемых поверхностей до 600°С (рис. 6). Предел прочности при изгибе — не менее 0,8-0,25 МПа (для разных марок), влажность — не более 5%.
Многие асбестосодержащие теплоизоляционные материалы кроме асбестового волокна, содержат 70—85% наполнителя — диатомита, трепела, магнезита и др. Целесообразно добавлять в такие смеси отходы асбошиферного производства. Представителями этой группы материалов являются асбестотрепельные (асбозурит, асботермит), асбестоизвестководиатомитовые (вулканит), иногда с частичной заменой асбеста гипсом, асбестомагнезиальные (ньювель), асбестодоломитовые (совелит) и др. С применением этих материалов изготовляют главным образом мастичную изоляцию, реже — изделия. Свежеотформованные изделия направляют в сушильные камеры, в которых они высыхают при температуре 200°С. Плиты маркируют в зависимости от средней плотности, определяют их прочность и теплопроводность, которые соответствуют теплоизоляционным материалам достаточно высокого качества.
Особенно часто совелитовые плиты, скорлупы и сегменты используют при температурах не выше 550°С (начало разложения углекислого кальция, содержащегося в высушенном совелите). Находят широкое применение также другие разновидности асбестосодержащих материалов.