Ячеистобетонные теплоизоляционные материалы (тим)

8.1. Классификация ячеистых бетонов.

8.2. Физико-механические свойства ячеистых бетонов.

8.3. Сырьевые материалы для производства ячеистых бетонов.

8.4. Расчет и подбор состава ячеистобетонной смеси.

8.5. Подготовка сырьевых компонентов и приготовление ячеистобетонной смеси.

8.6. Формование и тепловлажностная обработка ячеистобетонных изделий.

Литература: Рунова Р.Ф., с. 62…106; Горлов Ю.П., с.254…270.

8.1. Классификация ячеистых бетонов

Ячеистый бетон - это искусственный каменный материал, полу­чаемый в результате затвердевания или тепловлажностного синтеза поризованного вяжущего и имеющего, наряду с капиллярной и гелевой микропористостью, ячеистую пористость.

Объем пор каждого вида и их характерные значения приведены в табл.:

Средняя плотность, кг/м^3	Общая пористость, %	Объем твердой фазы, %	Ячеистые поры	Капиллярные поры	Глеевые поры
Размер, мм	Объем, %	Размер, мм	Объем, %	Размер, мм	Объем, %
			10^-3…		10^-4…	7,5	<10^-5	1,5
			1,0		10^-3
			-«»-		-«»-		-«»-
			-«»-		-«»-	10,5	-«»-	3,5

Следовательно для ячеистого бетона характерна, прежде все­го, ячеистая структура.

Теплоизоляционные ячеистые бетоны предназначены для теплои­золяции по железобетонным плитам покрытий и чердачных перекры­тий, для многослойных стеновых конструкций зданий различного назначения; для теплозащиты поверхностей оборудования и трубоп­роводов при температуре до 2000°С.

Ячеистые бетоны классифицируются по следующим основным приз­накам: по назначению, по способу поризации. по виду вяжущего, по виду кремнеземистого компонента, по способу твердения

По назначению ячеистые бетоны подразделяются на:

теплоизоляционные, имеющие объемную массу (среднюю плот­ность) до 500 кг/м³;

теплоизоляционно - конструкционные с объемной массой 500...800 кг/м³;

конструкционные с объемной массой более 800 кг/м³. По способу поризации принципиально различают три способа создания пористой структуры ячеистых бетонов: газообразование (газобетоны, газосиликаты и т.д.); пенообразование (пенобетоны, пеносиликаты и т.д.); аэрирование (аэрированный ячеистый бетон, аэрированный ячеистый силикат и т.д.).

В зависимости от вида вяжущего ячеистые бетоны подразделя­ют на: портландцементные, силикатные (вяжущее - известь), шлако­вые и гипсовые.

Исходя из вида вяжущего и способа поризации ячеистые бетоны получили название:

газобетоны, пенобетоны и т.д. - в качестве вяжущего исполь­зуют цемент;

при применении в качестве вяжущего извести - газосиликаты, пеносиликаты и т.д.

на шлаковых вяжущих - газошлакобетоны, пеношлакобетоны и т.д.

на смешанном цементно-известковом вяжущем в зависимости от соотношения цемента и извести - газобетоны или газосиликаты, пе­нобетоны или пеносиликаты и т.д.;

на гипсе - газогипс, пеногипс и т.д.

По виду крамнеземистого компонента отличают, в основном, бетоны на тонкомолотом кварцевом песке и тонкодисперсной золе-унос ТЭС. Кроме того в качестве кремнеземистого компонента могут использоваться тонкомолотые кислые металлургические шлаки и др. материалы.

Вид кремнеземистого компонента может отражаться на названии ячеистого бетона. Например, при использовании золы - газозолобетон, газозолосиликат, пенозолобетон и т.д.

По способу твердения ячеистые бетоны делятся на два класса-неавтоклавные, предусматривающие тепловлажностную обработку при атмосферном давлении (пропаривание, электропрогрев и т.д.) и ав­токлавные, которые твердеют при повышенных давлениях.

Объем производства ячеистых бетонов во всем мире непрерывно возрастает, что связано с тем, что это один из самых дешевых и эф­фективных видов строительной теплоизоляции.

8.2. Физико-механические свойства ячеистых бетонов

Прочность и объемная масса. Эти показатели ячеистого бето­на непосредственно связаны друг с другом.

Для ячеистых бетонов, как правило, нормируется только пока­затель прочности при сжатии.

В соответствии с ГОСТ 25185-89 ячеистые бетоны по объемной массе подразделяется на бетоны с объемной массой, кг/м³: 300, 350, 400, 500. 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200.

В соответствии с этим стандартом бетон каждой объемной мас­сы должен характеризоваться определенной прочностью при сжатии:

Класс ячеистого бетона по прочности при сжатии	Марка бетона по объёмной массе, кг/м^3
В 0,5… В 0,75 В 1… В 1,5 В 1… В 2,5 В 1,5… В 3,5 В 2… В 5 В 2,5…В 7,5 В 3,5… В 10

Контрольная характеристика ячеистого бетона по прочности и объемной массе определяются на образцах, высушенных при 105... 110°С до постоянной массы. Это связано с тем, чтобы однообразить условия испытания бетонов, т.к. прочность бетонов в значительной мере зависит от содержания в них влаги. Прочность при сжатии в сухом состоянии на 20...40% выше прочности водонасыщенного мате­риала. При этом наибольшее уменьшение прочности наблюдается при увлажнении ячеистого бетона до 70% по массе, что соответствует величине сорбционного увлажнения.

В зависимости от вида сырьевых материалов (особенно кремне­земистого компонента) и технологии изготовления влажность ячеис­того бетона после тепловлажностной обработки колеблется в преде­лах 15...45%.

Через 1,5...2 года эксплуатации в условиях с относительной влажностью воздуха помещений до 75% равновесная влажность ячеис­тых бетонов устанавливается в пределах 6...15%.

Теплоизоляционные ячеистые бетоны обычно имеют объемную массу в пределах 300...500 кг/м³. Прочность при сжатии таких бе­тонов 0.8... 1.2 МПа.

Теплопроводность ячеистых бетонов зависит, главным образом, от его объемной массы и влажности.

Для образцов в сухом состоянии при 18°С теплопроводность характеризуется показателями, приведенными в табл.:

Y0, кг/м³	200…400
λ, Вт/(м*°C)	0,062… 0,105	0,116… 0,128	0,151… 0,163	0,186… 0,233

С увлажнением теплопроводность ячеистого бетона возрастает и может быть определена по формуле:

где. l р. - расчетный коэффициент теплопроводности;

lсух. то же, сухого бетона;

W - влажность материала;

d - прирост ко­эффициента теплопроводности на 1% влажности (равен 7...8,5%).

Морозостойкость ячеистого бетона, как правило, превышает 25 циклов (тех, для которых она нормируется). Существенное влияние на морозостойкость оказывает структура камня бетона и вид приме­няемого вяжущего. Цементные бетоны имеют более высокую морозостойкость, чем бетоны на извести. Бетоны, в качестве кремнеземистого компонента в которых используются кварцевый песок, более морозос­тойкий, чем ячеистые золобетоны и золосиликаты.

Усадка (набухание) ячеистых бетонов, вследствие большого водосодержания ячеистобетонной смеси, значительно выше, чем тя­желых бетонов и легких бетонов на пористых заполнителях. Дефор­мации влажностной усадки (набухания) ячеистых бетонов обусловле­ны главным образом действием капиллярных сил и испарением межк­ристаллической воды. Поэтому снижение влажностной усадки и повышение трещиностойкости ячеистых бетонов достигается примене­нием композиционного состава кремнеземистого компонента, включа­ющего грубомолотую и тонкомолотую фракции, снижением количества воды затворения.

Акустические свойства. Ячеистые бетоны характеризуются высо­кой звукопоглощающей и звукоизолирующей способностью. При объем­ной массе 300...350 кг/м³ коэффициент звукопоглощения равен 0.35... 0,8.

Стены из ячеистого бетона обладают хорошими звукоизолирующими свойствами, возрастающими с увеличением объемной массы. При, например Yо=400...500 кг/м³ и толщине слоя бетона 8 см зву­коизоляция стены составляет 32...34 дБ.

8.3 Сырьевые материалы для производства ячеистых бетонов

Вяжущие. В технологии безавтоклавных ячеистых бетонов в ка­честве вяжущего применяют, в основном, портландцемент, известь и гипс. В технологии автоклавных ячеистых бетонов используют, в основном, известь и портландцемент, либо его разновидность. Для автоклавных и неавтоклавных бетонов портландце­мент, или его разновидности, должен иметь марку не ниже "400". Начало и конец схватывания соответственно не позднее 2 и 6 час. Содержание СзА должно быть не более 6%.

Известь должна применяться не ниже 3 сорта с содержанием Мg0 не более 5% и пережога не более 2%. Удельная поверхность из­вести должна быть 4500...5000 см²/г, скорость гашения 8...25 мин.

Кремнеземистый компонент - это молотый кварцевый песок, зо­ла-унос ТЭС и др.

Кварцевый песок используется в молотом виде и должен содер­жать не менее 90 % Si0 не более 5% слюды. Для автоклавных бе­тонов песок должен иметь удельную поверхность 2...3 тыс. см²/г. Чем ниже объемная масса бетона, тем выше должна быть удельная поверхность песка.

Зола-унос ТЭС должна содержать не менее 50% стекла, несгоревшего угля не более 5% и не менее 60% Si02. Зола не должна на­бухать в воде.

Газообразователи - это алюминиевая пудра ПАП-1 и ПАП-2. При введении пудры в известковое или цементное тесто газовыделение должно начинаться не ранее 2 мин., а заканчиваться в основном через 15... 20 мин.

Пенообразователи должны давать стойкую пену. В качестве пе­нообразователей может использоваться целая гамма веществ. Наибо­лее известны: клееканифольный, смолосапониновый пенообразовате­ли, пенообразователь ПО-6, ГК и др. Выход пены должен быть не менее 15 л/кг, коэффициент использования пены не ниже 0,8.

8.4. Расчет и подбор состава ячеистобетонной смеси

Подбор состава ячеистобетонной смеси должен проводится лабораторией предприятия при изменении требований к проектным ха­рактеристикам бетона, изменении сырья, технологии производства, в связи с возможными колебаниями свойств сырья.

Расчёт состава ведут в следующей последовательности:

1) определяют расход твердых материалов (вяжущего и кремне­земистого компонента):

где Yо.сух. - заданная объемная масса бетона в сухом состоянии;

Кс - коэффициент увеличения массы бетона в результате твердения за счет связанной воды. Для предварительных расчетов Кс принима­ют равным 1,1;

V - заданный объем замеса (одновременно формуемых изделий), увеличенный с учетом образования "горбушки" на 7...10% для индивидуальных форм и на 3...5% - для массивов.

2) исходя из опытных данных, в частности рекомендаций СН 277-80, назначают отношение массы кремнеземистого компонента к массе вяжущего – С. В зависимости от вида вяжущего и кремнеземистого компонен­та, марки бетона по прочности отношение С находится в пределах 0,1... 6.

3) определяют расход вяжущего:

в том числе расход цемента:

расход извести:

Р_и = Р_вяж.(1 - n),

расход извести с учетом фактического содержания СаО+Мg0.

где Аф - фактическое содержание активных СаО + Мg0 в %.

4) определяют расход кремнеземистого компонента:

Р_к.к.= Р_сух. - Р_вяж.

5) рассчитывают расход породообразователя;

где V - объем бетона, на который рассчитывается состав: a- ко­эффициент выхода пор, в расчетах для алюминиевой пудры принимают равным 1390 л/кг, для пенообразователей - 20; Ки - коэффициент использования порообразователя; n - пористость бетона, образо­ванная за счет порообразователя. ее можно определить по формуле:

где ρц, ρи, ρк.к. — соответственно плотность цемента, извести и кремнеземистого компонента.

8.5. Подготовка сырьевых компонентов и приготовление ячеистобетонной смеси

Подготовка сырьевых компонентов при производстве ячеистых бетонов заключается в помоле кремнеземистого компонента, приго­товлении алюминиевой суспензии и рабочего состава пенообразова­теля.

Помол кремнеземистого компонента - кварцевого песка или др. материала, осуществляют в барабанных мельницах мокрым способом, что исключает сушку компонента, создает более благоприятные санитарно-гигиенические условия работы обслуживающего персонала (исключается образование кремнеземистой пыли. вызывающей заболе­вание силикозом), за счет расклинивающего эффекта воды (эффект Ребиндера) экономится до 30% энергии на помол.

Концентрация готового песчаного шлама 50...60%, тонкость помола частиц компонента составляет 2...3 тыс. см²/г. С целью увеличения расклинивающего эффекта воды и снижения объемной мас­сы бетона в состав размалываемой смеси вводят пенообразующие по­верхностно-активные вещества.

Шлам из мельницы вытекает в шламбассейн и далее с помощью насоса подается в цилиндрическую расходную емкость бетоносмесительного узла. Шлам-бассейн и расходная емкость должны быть оборудованы лопастным перемешивающим устройством, предохраняющим оседание более тяжелых частиц кремнеземистого компонента.

С целью обеспечения взрывобезопасности алюминиевая пудра при изготовлении покрывается слоем парафина, что делает частицы пудры более легкими, чем вода. Для предотвращения всплывания пудры при перемешивании ячеистобетонной смеси пленку парафина необходимо удалить. Для это готовится суспензия алюминиевой пуд­ры в воде, содержащей поверхностно-активное вещество (ПАВ). Ори­ентировочный состав суспензии по массе: алюминиевая пудра + ПАВ + вода = 1 + 0.02...0.05 + 20...40. В качестве ПАВ применяют синтетические моющие средства - сульфонол, жидкое мыло и др. Суспензия готовится в пропеллерной мешалке в объеме, дос­таточном для использования в течение 1...8 часов. Эта суспензия неустойчивая - пудра оседает при прекращении перемешивания. Поэ­тому перед каждой дозировкой суспензия для усреднения должна быть перемешана в течение 2...5 мин.

Подготовка рабочего состава пенообразователя состоит в раз­бавлении его высококонцентрированного раствора водой.

Газобетонные смеси готовятся в специализированных лопастных скоростных газобетоносмеситялях емкостью 2...5 м³. Скорость вра­щения вертикального рабочего вала смесителя 50...200 об./мин. Смеситель установлен на самоходном портале. Загрузка исходных материалов в смеситель производится непосредственно из дозаторов в следующем порядке: песчаный шлам (или вода), известь, цемент, алюминиевая суспензия. После введения алюминиевой суспензии смесь перемешивается 2 мин. Одновременно бетоносмеситель подъез­жает к форме. Полностью смесь должна быть вылита из смесителя в форму по истечении не более 5 мин. после введения алюминиевой суспензии в смеситель.

При применении вибротехнологии формования используются смесители с вибраторами, закрепленными на барабане (виброгазобетоносмесители). Приготовление и выгрузка малотекучих смесей из виброгазобетоносмесителя производятся при включенных вибраторах, разжижающих смесь.

Пенобетонные смеси готовятся также в специализированных двух или трехбарабанных пенобетономешалках. Отдельно готовится пена и растворная часть пенобетонной смеси. Затем пена сливается в барабан с раствором (двухбарабанный смеситель) или пена и раствор сливаются в третий барабан. Емкость готового замеса до 1.5 м³.

8.6. Формование и тепловлажностная обработка ячеистобетонных изделий

Формование газобетонов производится двумя способами - лить­евым и вибрационным, пенобетонов - только литьевым. При литьевой технологии применяются бетонные смеси, характеризующиеся свойс­твами истинной жидкости и способные под действием собственной массы растекаться и заполнять форму любой конфигурации. При вибротехнологии формования применяются смеси - псевдожидкости. Они разжижаются и приобретают свойства истинной жидкости при приложе­нии определенной нагрузки, в данном случае вибронагрузки. Смеси, используемые при литьевой технологии, характеризуются водотвердым отношением (В/Т) 0,4...О,7. При вибротехнологии применяются смеси с В/Т = 0,3...0,4.

Использование смесей с пониженным В/Т позволяет снизить ка­пиллярную пористость бетонной матрицы, газобетон характеризуется более высокой прочностью, существенно более низкой усадкой и на­буханием при переменном увлажнении и высушивании. Сокращается время вспучивания и созревания бетонного сырца до подрезки "гор­бушки" и тепловлажностного твердения бетона. При прочих равных ^" условиях низкое В/Т позволяет сократить время нагрева, изотерми­ческой выдержки и охлаждения изделий при пропаривании и автоклавированиии.

При литьевой технологии смесь непосредственно из газобетоносмесителя выливается в формы. При этом формы могут быть удалены от смесителя на несколько метров и заливка может производиться через гибкий шланг.

Заливка форм производится сразу после достижения смесью не­обходимой однородности в один прием (не допускается послойная за­ливка). Осуществляется она при включенном смесителе и его переме­щении вдоль формы "вперед - назад" в течение 1...3 мин. Форма за­полняется не полностью, с учетом высоты подъема смеси при вспучивании и образования "горбушки". Вспучивание смеси начинается че­рез 2...3 мин. после введения алюминиевой пудры и заканчивается, в основном, через 15...25 мин. после окончания заливки. Поэтому сразу после заливки, в течение 1...2 мин., заполненная форма может перемещаться строго горизонтально с поста заливки на пост созре­вания. В более поздние сроки подвергать форму толчкам при переме­щении нельзя, т.к. вспученная смесь может осесть, т.е. произойдет разрушение образовавшихся ячеистых пор. Обычно залитые формы ос­таются на посту формования до подрезки "горбушки". При этом на посту должна быть температура воздуха не ниже 18°С, не должно быть сквозняков, на поверхность бетона не должны падать прямые солнечные лучи.

При литьевом формовании пенобетонов бетонная смесь из пенобетономешалки сливается в бункер-накопитель и тоже в один прием сливается в форму. Форма заполняется на всю высоту. При этом на посту формования должны быть созданы те же условия, что и при литьевом формовании газобетонов.

При виброформовании газобетонов смесь из виброгазобетоносмесителя сливается через выпускное отверстие при включенных вираторах смесителя и виброплощадки. После заполнения формы она продол­жает вибрироваться в течение всего периода вспучивания смеси (6...10 мин.). Более короткие сроки вспучивания смеси объясняются интенсификацией процесса газообразования за счет непрерывного удаления с поверхности алюминия продуктов его взаимодействия с гидроксидом кальция.

Длительность выдержки газобетонного сырца на посту формова­ния (выдержки) до подрезки "горбушки" составляет: при литьевой технологии 3...6 часов, при вибротехнологии 2...4 часа. При лить­евой технологии формования тепловлажностная обработка газобетонов может быть начата через 4...8 часов после заливки форм. Использо­вание вибротехнологии позволяет сократить это время вдвое.

Длительность выдержки пенобетонов перед тепловлажностной об­работкой значительно больше - 8...24 часа.

При обычной температуре ячеистые бетоны, вследствие высокой водопотребности, твердеют значительно медленнее, чем тяжелые бето­ны. Поэтому в производстве ячеистобетонных изделий применяется автоклавная обработка и пропаривание при атмосферном давлении. Причем пропаривание используется, в основном, при производстве мелкоштучных изделий. Это связано с тем, что пропаренные бетоны характеризуются в 2...5 раз большей усадкой, чем автоклавные.

Пропаривание ячеистых бетонов производится в обычных пропа­рочных камерах по режимам, которые используются в технологии обычных бетонов. Прочность ячеистых бетонов после пропаривания составляет около 70% марочной.

Автоклавирование ячеистых бетонов производится при избыточ­ном давлении насыщенного пара 0,8...1,2 МПа и температуре 173... 193°С. Для этого применяются специальные установки - автоклавы, представляющие собой герметичные стальные цилиндрические сосуды диаметром до 3,6 и длиной 21.. 27 м. Формы с изделиями устанавливаются на специальные автоклавные тележки и поезд, состоящий из 3...4 тележек, через передаточные мосты загружается в автоклав.

Тепловлажностная обработка в автоклаве производится обычно по режиму: 1...4 часа нагрев, 6...12 часов изотермический прог­рев, 1...4 часа охлаждение.

При температуре выше 170°С и 100 %-ной влажности обеспечива­ются благоприятные условия для растворения кремнезема кремнезе­мистого компонента и его химического взаимодействия с гидроксидом кальция, образующегося при гидратации извести или портландцемента:

SiO2 + Са(ОН)2 + Н2О nСаО*SiO2*mH2O

Образующиеся гидросиликаты кальция играют основную роль в приобретении прочности затвердевшим камнем. После автоклавной об­работки они образуют кристаллы, значительно более крупные, со сравнительно более упорядоченной структурой, чем гидросиликаты аналогичного состава, сформировавшиеся в нормальных условиях или при пропаривании. Это основная причина значительно более низкой усадки автоклавных бетонов.

При автоклавной обработке бетон набирает 100% своей потенци­альной прочности.

9. МИНВАТА И ИЗДЕЛИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ

9.1. Общая характеристика минваты и изделий на ее основе.

9.2. Сырье, свойства и условия получения силикатных расплавов в производстве минваты.

9.3. Основное оборудование для выплавки силикатного расплава.

9.4. Переработка силикатного расплава в минволокно.

9.5. Основы технологии минватных изделий.

Литература: Рунова Р.Ф., с. 185…227; Горлов Ю.П., С.138...212.

9.1. Общая характеристика минваты и изделий на ее основе

Минвата и изделия на ее основе - основной и наиболее эффек­тивный теплоизоляционный материал. Производство минваты и изделий на ее основе составляет более половины общего объема выпуска теп­лоизоляционных материалов.

Минвата - это рыхлый материал, состоящий из тонких стекло­видных волокон и неволокнистых включений затвердевшего расплава, так называемых корольков. Пористость минваты достигает 95...96%. что определяет ее высокие теплоизоляционные свойства.

Объем и размер пор минваты зависят от степени уплотнения и диаметра волокон. Диаметр волокон ограничен стандартом и не дол­жен превышать 8 мкм. Длина волокон колеблется в пределах 2...300 мм.

Средняя плотность минваты определяется в уплотненном при удельной нагрузке 0,002 МПа состоянии и зависит от среднего диа­метра волокна, содержания корольков и степени уплотнения. Стан­дартом предусмотрен выпуск ваты марок 75. 100, 125. Содержание корольков размером свыше 0,25 мм ограничивается соответственно 12, 20, 35%. Коэффициент теплопроводности минваты не должен пре­вышать 0,045 Вт/(м*°С).

Водопоглощение минваты при погружении в воду достигает 600%, гигроскопичность колеблется от 0,2 до 2%. Минвата не является благоприятной средой для развития грибков. Однако под действием органических кислот, выделяемых грибами, минвата может разрушать­ся. Грибоустойчивость минваты увеличивается при повышении общей кислотостойкости волокон.

В зависимости от химсостава расстеклование (кристаллизация) ваты происходит при температуре от 500 до 1100°С. Температура расстеклования приблизительно соответствует температуре начала размягчения стекла, а устойчивость стекла зависит от химсостава -чем более кислое стекло, тем оно более устойчиво.

В зависимости от вида сырья и способа производства минволокно подразделяется на: рядовое с температурой применения до 600°С; стеклянное волокно с температурой применения до 400°С; высокотемпературостойкое и огнеупорное с температурой применения соответс­твенно до 1000 и 1200°С.

Сырая, рыхлая минвата имеет ряд недостатков: она способна уплотняться, неиндустриальна и негигиенична при укладке. Поэтому основная часть минваты используется для изготовления изделий. Они подразделяются на:

штучные (плиты, цилиндры, полуцилиндры, сегменты);

рулонные (маты прошивные и на синтетическом связующем) шнуровые (шнуры или жгуты) в оплётке стальной, из стекла или полимерных нитей.

Прошивные маты изготавливают путём обкладки слоя минваты гиб­кими материалами (металлическая сетка, асбестовая ткань, стеклот­кань, водонепроницаемая бумага).

9.2. Сырье, свойства и условия получения силикатных распла­вов в производстве минваты

Для производства минваты применяется обычно многокомпонент­ное сырье - извержённые горные породы: диабазы, базальты, габб­ро, доменный и ваграночный шлаки и др.

Шихта должна обеспечивать определённую температуру плавле­ния и необходимую вязкость силикатного расплава, а также долго­вечность волокна. Эти свойства расплавов и готового волокна опре­деляются химсоставом. Чем более кислая шихта (больше кислых окси­дов SiO₂ и Аl₂O₃) тем выше температура плавления и вязкость силикатного расплава, выше водостойкость волокна.

Для характеристики химсостава шихты используют модули кис­лотности и вязкости.

Модули кислотности (Мк) и вязкости (Мв) шихты (расплава, во­локна) равны:

m SiO2 + m Al2O3

Мк ⁼ ——————————,

m CaO + m MgO

где m - масса соответствующих оксидов; М - молекулярная масса ок­сидов.

Для получения качественной минеральной ваты и обеспечения оптимальных технологических параметров силикатного расплава их модули должны быть равны: Мк = 1,2...2,5, Мв < 1.2.

Для получения обычной минваты используются шихты примерно следующего химсостава, % массы: SiO2 - 45... 65, Аl2Оз - 10... 20, Fe2Оз + FеО - 10... 15, СаО - 5...15, Мg0 - 5... 15, R2О - 1...3.

9.3. Основное оборудование для выплавки силикатного расплава

Для выплавки силикатного расплава используются: шахтные (ваграночные), ванные, электродуговые и конверторные печи.

Шахтная печь или вагранка представляет собой цилиндрическую конструкцию, состоящую из внешнего стального кожуха диаметром 1000...1400 мм и высотой 20...25 м. На 3/4 высоты внутри кожух футерован огнеупорным (шамотным) кирпичом. В нижней части печи расположена зона горения топлива (горн) и зона накопления распла­ва. Обе эти зоны защищены ватержакетом, состоящим из двух сталь­ных цилиндров, между которыми циркулирует вода для охлаждения с температурой не более 85°С. В верхней части печи установлен стальной искрогаситель с патрубком для удаления пыли. В средней цилиндрической части вагранки имеется загрузочное окно.

Нижняя часть ватержакета загружается кусковым коксом (рабо­чая калоша). В эту зону нет доступа кислорода, кокс не горит и воспринимает нагрузку от вышележащего слоя шихты. Кроме того, кокс, состоящий, в основном, из графита, имеет очень высокую температуру плавления и хими­чески инертен по отношению к силикатному расплаву. Именно в пустотах между кусками кокса скапливается силикатный расплав. Непос­редственно у днища вагранки расположено отверстие - летка диамет­ром 35...80 мм для выпуска расплава.

Через загрузочное окно послойно загружается топливо - кокс и сырьевая смесь. Внизу, над холостой калошей, по периметру вагранки расположены специальные отверстия - фурмы, через которые подается воздух, необходимый для горения топлива. Зона горения топлива на­ходится над фурмами. Вагранка работает по принципу противотока - продукты сгорания поднимаются вверх, сырье с топливом перемещает­ся вниз.

Вагранки просты по конструкции, характеризуются довольно вы­соким КПД, отличаются высокой производительностью и сравнительно малыми габаритами.

В качестве плавильных агрегатов в производстве минваты могут использоваться ванные печи. По сравнению с вагранкой такая печь позволяет работать на жидком и газообразном топливе, здесь можно использовать мелкое, в том числе тонкодисперсное сырье.

Ванная печь, состоящая из варочной и выработочной (фидер) частей. Шихту подают толкателями в бассейн варочной части через загрузочные окна, расположенные на боковых стенках печи. Бассейн варочной части прямоугольный или суживающийся к фидеру. Глубина бассейна 500 мм. В варочной части установлено от 2 до 4 горелочных устройств, обеспечивающих подковообразное или поперечное нап­равление пламени.

Фидер тоже прямоугольный. Между ним и варочной частью распо­ложен порог, предотвращающий попадание в фидер нерасплавленных кусков сырья. Из фидера расплав выдается через водоохлаждаемую летку.

9.4. Переработка силикатного расплава в минволокно

Силикатный расплав перерабатывают в волокно следующими спо­собами: пародутьевым, центробежно-валковым, центробежно-дутьевым, фильерно-дутьевым.

Пародутьевой способ заключается в том, что на струю распла­ва, выходящего из плавильной печи, воздействует струя энергоноси­теля, движущегося со скоростью 400...800 м/с. В качестве энерго­носителя применяют перегретый или сухой насыщенный пар под давле­нием до 0,6 МПа. Под действием энергоносителя струя расплава дро­бится на мельчайшие струйки, которые частично вытягиваются в во­локно, а частично выпадают в виде неволокнистых включений - "ко­рольков". Полученное таким образом волокно попадает в камеру волокноосаждения. Достоинства способа - простота и надежность, недостаток - большой расход пара и невысокое качество ваты.

Центробежно-валковый способ состоит в том, что минволокно из расплава получают под действием центробежных сил, создаваемых вра­щающимися валками центрифуг одно- и многовалковых. Наи­более распространены четырех валковые центрифуги.

Центрифуга представляет собой П-образную станину из листовой стали, на которой укреплены четыре рабочих валка с приводом от четырех электродвигателей общей мощностью 40 кВт через клиноременную передачу. Валки вращаются в вертикальной плос­кости и ограждены сверху и сбоку бронированными листами.

Расплав из печи подается на поверхность первого валка под углом 30...40º к его горизонтальной оси. Роль первого валка – расщепить струю расплава и передать ее в виде множества струек на второй валок, на котором перерабатывается в волокна значительная часть поступающего на него расплава. Избыток расплава передается на третий валок. Четвертый валок завершает процесс волокнообразования.

Для обдува волокон на центрифуге установлен вентилятор. По­ток воздуха от него подхватывает образовавшиеся на центрифуге во­локна и уносит их в камеру волокноосаждения.

Центробежно-дутьевой способ - основной в производстве минваты. Им перерабатывается более 90% минеральной ваты. При этом спо­собе используют одну чашеобразную центрифугу. Расплав из летки через приемный лоток стекает на внутреннюю боковую поверхность чашеобразной центрифуги, при быстром вращении которой расплав равномерно распределяется по ее периметру, образуя тонкую пленку. Под действием центробежной силы расплав срывается с кромок чаши в виде отдельных пленок, струек, капелек.

Вокруг чаши на расстоянии 10...15 мм находится неподвижное полое дутьевое кольцо, по окружности которого с шагом 20 мм рас­положены отверстия диаметром 2...4 мм. Через отверстия этого кольца подается энергоноситель (пар или сжатый воздух), под дейс­твием которого расплав от чаши вытягиваются в волокна и попадает в камеру волокноосаждения.

Фильерно-дутьевой способ используют при получении расплава в ванных печах. Расплав из печи поступает в фильерный питатель, обогреваемый газом. Питатель выполнен из платинородиевого сплава и имеет до 50 цилиндрических отверстий – фильер диаметром 1,8 мм. Выходящие из фильер струйки расплава дополнительно раздуваются в волокно сжатым воздухом, нагретым до 300°С. Полученное волокно попадает на сетчатый конвейер камеры волокноосаждения.

При этом способе получают вату высокого качества без отходов расплава. Однако для способа характерны высокие затраты энергоносителя и высокая стоимость платины фильерного питателя.

Волокна минваты, образовавшиеся в результате переработки расплава, осаждаются в виде ковра в камере волокноосаждения.

Наиболее распространенной является горизонтальная конструк­ция камеры. Она представляет собой изолированный стальной каркас прямоугольного сечения длиной 10 м, шириной 2 и высотой 3,5 м. По всей длине нижней части камеры проходит сетчатый конвейер, на ко­тором осаждаются волокна и формируется минераловатный ковер, ко­торый удаляется из камеры на последующую переработку в изделия. Ковер, выходящий из камеры, уплотняется подпрессовкой специальным валком.

Газы и паро-воздушная смесь удаляются из камеры вентилятором (дымососом), который отсасывает их из камеры на уровне, находя­щимся ниже сетчатого конвейера. В результате в камере создается разрежение, что способствует осаждению минволокна и препятствует попаданию волокна в рабочее помещение вне камеры.

Скорость сетчатого конвейера регулируется от 0,3 до 3,5 м/мин.

9.5. Основы технологии минватных изделий

Способы получения изделий, имеющих определенную форму и раз­меры, из минваты основаны, главным образом, на склеивании волокон между собой в местах их соприкосновения различными связующими.

В качестве связующих используют синтетические смолы (фенолоформальдегидная смола, фенолоспирты, карбамидная смола, поливинилацетатная дисперсия), битум и различные композиционные связующие.

Связующее вводят в волокно способами: распыления или пульве­ризации, полива с вакуумированием, приготовления гидромассы или пульпы ("мокрый" способ).

Первый способ используют на большинстве предприятий. Водный раствор или эмульсию подают в камеру волокноосаждения, где связу­ющие распыляются паровыми соплами, воздушными или механическими форсунками. Недостаток способа - большие потери связующего при распылении (до 30%) и неравномерное его распределение в минераловатном ковре.

При втором способе введение водного раствора связующего осу­ществляют путем полива минераловатного ковра по всей ширине и од­новременного вакуумирования. Прошедшее через ковер связующее собирается в ванну, расположенную под ковром. Вакуумирование ковра увеличивает сбор связующего в эту ванну.

При мокром способе хлопья или гранулы минваты смешиваются со связующим при концентрации ваты по массе до 10%.

Минераловатный ковер, пропитанный синтетическим связующим, отверждается при проходе через специальную камеру тепловой обра­ботки. Ковер транспортируется через камеру при одновременном уп­лотнении между двумя конвейерами, верхним и нижним. Для этого ис­пользуются сетчатые или пластинчатые конвейеры. Температура теп­лоносителя в камере составляет 160...180°С. Из камеры тепловой обработки ковер с температурой 140...160°С попадает в камеру ох­лаждения, где охлаждается за счет прососа через него атмосферного воздуха.

Минераловатный ковер на битумном связующем проходит тепловую обработку в таких же камерах, но при температуре теплоносителя не выше 160°С.

После прохода через камеру охлаждения минераловатный ковер разрезается дисковыми пилами на плиты в поперечном и продольном направлении.

Минераловатные прошивные маты представляют собой полотнища из минеральной ваты с покровным материалом с одной или двух сто­рон, прошитые проволокой или нитью. Их применяют для изоляции трубопроводов и промышленного оборудования при температуре изолируемой поверхности от -180 до 700°С. Маты по плотности подразделяют на марки 100 и 125 и выпускают длиной 1000...2500 мм, тол­щиной 40...120 мм и шириной 500 или 1000 мм.

В качестве прошивного материала используют стальную проволо­ку диаметром 0,5...1 мм, стеклянную, капроновую, хлопчатобумажную нити.

В качестве обкладочного материала применяют крафт-бумагу, стеклоткань, стеклохолст и т.п.

Маты изготовляют в едином потоке из минераловатного ковра, который, выходя из камеры волокноосаждения. через промежуточный конвейер попадает на специальную матопрошивную машину. Машина ра­ботает в автоматическом режиме и обеспечивает непрерывную обклад­ку минераловатного ковра с одной или обеих сторон, непрерывную продольную прошивку ковра, продольную и поперечную разрезку ковра на маты, сворачивание матов в рулон.

Теплоизоляционный шнур представляет жгут с различными оплетками в виде сетчатого чулка из хлопчатобумажной, стеклянной, капроновой или стальной нити. Шнур применяют для изоляции трубопроводов, имеющих значительное количество изгибов. Марки шнура:100…350. При длине не менее 15 м шнур имеет диаметр 30…50 мм и при длине не 10 м – диаметр 60…90 мм. Изготавливают шнур на многоствольных установках методом набивки.

Дата добавления: 2014-01-20