Минеральные теплоизоляционные материалы

 

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский  государственный университет 

Кафедра: «Строительство, строительные материалы и конструкции» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая работа

по дисциплине «Новейшие строительные материалы»

Тема: «Минеральные теплоизоляционные материалы» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Преподаватель: ______________________________________ Кузьмина С.В. 
 

Выполнил: ст.гр. 321271 ______________________________ Шнычкин Е.А. 
 
 
 
 
 

                                                                 

Тула 2010 
 
 
 

     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 теплоизоляционные 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 трубопроводов. 

     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 волокон.

     Производство  минеральной ваты включает две основные технологические 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, превращаясь 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, теплопроводность 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 холодных (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 теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий, для чего ее гранулируют, т. е. превращают в рыхлые комочки во вращающемся дырчатом барабане.

     Минеральный войлок выпускают в виде листов и рулонов из минеральной 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, стеклотканью 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) изготовляют из минерального волокна путем нанесения на него распылением связующего (синтетических смол или битума) с последующим прессованием и термообработкой для сушки или полимеризации. Объемная 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  ограждающих конструкций зданий и горячих поверхностей оборудования при температуре до 200—300 °С, если изделия изготовлены на синтетическом связующем, и до 60 °С— на бутумном связующем.

     Минераловатные  жесткие изделия  получают смешиванием минеральной ваты с битумной эмульсией или синтетическими смолами с последующим 
 

       формованием, прессованием и прогреванием  отформованных изделий для их сушки или полимеризации. Минераловатные 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. Теплопроводность 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. холодильников. Жесткие плиты и фасонные изделия — сегменты, скорлупы (рис. 1, б) на синтетическом и бентонитоколлоидном связующих применяют для теплоизоляции горячих поверхностей.

     Промышленность  выпускает также Минераловатные плиты повышенной 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 изготовления 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 расплавленной 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 связующих из синтетических смол применяют в качестве теплоизоляционного 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 стекольного боя или некоторых горных пород вулканического происхождения (трахиты, сиениты, нефелины, обсидианы и др.) с газообразователями, например с известняком или антрацитом. При температуре 800—900 °С частицы стекольного боя начинают сплавляться, а выделяющиеся 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 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. 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 стекловидного 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 распадается 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 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. Например, цементный бетон на вспученном перлите при объемной массе 900— 1000 кг/м³ имеет прочность при сжатии до 10 МПа, а теплопроводность — около 0,26 Вт/ (м • К).

     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. 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 эксплуатации до 60 °С, на цементном связующем и жидком стекле — до 600 ^оС, а на керамической связке — до 900—1200 °С.