Строительные статьи

Вспененные стеклокерамические теплоизоляционные материалы из природного сырья

Одним из важнейших путей эко­номии топливно-энергетических ресурсов является сокращение теп­ловых потерь через ограждающие конструкции зданий. Наряду с ми­неральной ватой высокоэффектив­ной и надежной теплоизоляцией в строительстве является пено­стекло. Пеностекло изготовляется вспениванием тонкоизмельченного порошка с газообразователем в жа­ростойких формах с последующим отжигом и охлаждением. Темпера­тура вспенивания для разных про­изводств составляет 780—900°С.

Vs. SS^Yto^^V^VYto^

Производство не развито в России. В настоящее время линия по про­изводству пеностекла запушена в Томске и планируется в Омске. Реально такие предприятия должны быть в каждом крупном индуст­риальном городе для обеспечения местного строительства теплоизо­ляционными материалами такого профиля. Это утверждение обуслов­лено высокими теплоизоляционны­ми свойствами пеностекла и надеж­ностью при эксплуатации [I.2J.

Организация производств блоч­ного пеностекла тормозится зачас­тую отсутствием дешевого и надеж­ного источника сырья. Специально сваренный стекло гранул ят является относительно дорогим сырьем, а технический бой стекла — ненадеж­ный источник с непостоянным хи­мическим составом при разнород­ных производителях. В связи с этим стоит вопрос о разработке альтерна­тивных технологий изготовления блочных пеноматериалов с частич­ным или полным замешенnЈvl стек - лопорошка природными ал ю моей- ликатными породами.

Практически с первых этапов разработки пеностекла по траищи - онной технологии из стеклоГРанУ'ля- та или боя стекла разрабатывались способы изготовления пено'атеРиа- лов из природного сырья без варки из него стекла, т. е. по одностаДИ"ному способу производства J 2]. Ял я ус­пешной реализации таких произ­водств сырье должно быть местным.

Широкую географическую распрост­раненность, что позволит тиражиро­вать производство. В Сибири и на Дальнем Востоке таким условиям от­вечают цеолитсодержашие туфы.

Цеолитизированные туфы пред­ставляют собой нолиминера-зьные горные породы с различными структурными типами цеолитов. И звестно более 40 структурных ви­дов природных цеолитов. Т>фовые проявления цеолитов в России представлены прей мушествен но гейландитовым и кл иноптплолито- ным типами. В производстве тепло­изоляционных строительны* чате - р и ало в более рационально исполь - ювать туфы со средней и низкой це - олитнзацией (цеолита в породе ме­нее 50^) следующего минерального ряда: цеолит + монтмориллонит (и другие минералы емнектитовой группы), полевой шпат+ минералы группы кремнезема (кварц, крнсто - балит), карбонатные минералы (кальцит, доломит и лр.)

Для образования устойчивого расплава ячеистой структуры при формировании пеноматериалов хи­мический состав цеолитизированных пород должен соответствовать соста­ву, мае. 56-71 SiO->: 10-16 АЬОя; 0.5—3,5 Fe,03; 0.7-5.2 СаО; 0.44-3 MgO; 0.7—5,0 Na20; 0,8-5 К20. ос­тальное п. п.п. Оптимальная вязкость расплава (105-107 Па с) хля образо­вания устойчивой мелкопористой ячеистой структуры формируется при содержании суммы оксидов шелоч - Ч. ^Trcsuc/In,

В породе в пределах 7.5—10*©. Нежела­тельным и примесями в породе явля­ются кальцит и минералы группы кремнезема — кварц и кристобалит. Кальцит приводит к образованию не­устойчивых, быстро оседающих пен при температуре вспенивания, а при наличии в сырье высокого содержа­ния кварца формируется высоко - вязкий невспениваюшиися расплав. Оптимальным является отношение SiO^CaO не менее 12. Содержание кварца не должно превышать ЗО^г. Чем выше заквариованиость породы, тем больше должно быть оксидов щелочных и щелочноземельных ме­таллов в породе.

На территории СНГ выявлено около 50 крупных месторождений и проявлений псолитизпрованных пород с общими прогнозными запа­сами более 3.5 млрд т. В Сибири и на Дальнем Востоке наиболее круп­ными и перспективными являются месторождения: Шивырту некое (Чи­тинская область). Холи некое (Буря­тия). Хонгуринекое (Саха-Якутия), Пегасское (Кузбасс), Сахаптинское и Пашенское (Красноярский край). Середочное и Чугуевское (Примо­рье), Лютогское (Сахалин) и лр.

Породы разрабатываются откры­тым способом. Многие цеолитизи­рованные породы обладают способ­ностью вспучиваться при высоких температурах, поэтому они наряду со вспуч и ва юши м ися л с гкопла вки м и глинами, перлитом, вермикулитом представляют собой перспективное минеральное сырье am изюювленни пеноматериалов. Эти породы харак - тери зуются высокой i юрод» юхо зя й - ственнои значимостью и возможнос­тью м I f ого цел с во то не пол ь зона н и я
в экологии, животноводстве, сель­ском хозяйстве и других областях. Вовлечение низкоиеолитизирован - ных пород в многотоннажные про­изводства теплоизоляционных стро­ительных материалов, безусловно, повысит рентабельность горнодобы­вающих предприятий этого природ­ного сырья.

К настоящему времени разра - бота н ы тех н ол оги и и зготовл ен и я гранулированных и блочных пено­материалов из составов на основе це - олитизированных пород со следую­щими температурами изгото&7ения:

1. II50-1200°С (температура есте­ственного плавления породы);

2. 900— 1 ()00°С (вспенивающиеся составы содержат до 60% исо - Литизированных пород, осталь­ное — технологические добавки, в том числе бой стекла);

3. 800—900°С (состав содержит 70—80% модифицированной цео - литизированной породы, осталь­ное — технологические добавки);

4. Холодное вспучивание на возду­хе с последующим термоупроч­нением (пенокерамика). Разработанные пенообразуюшие

Составы применимы для изготовления как блочного, так и гранулированного пеноматернала. Любая технология позволяет максимально задействовать местные отходы промышленности. Пеноматериалы — блочные и гранули­рованные, изготовленные на основе политизированных пород, названы Сибирфомом - (рис. I).

Изготовление блочных пенома - териалов из пеолитизированных пород осуществляется по односта­дийной схеме без предварительного расплавления породы и получения стсклогранулята.

Основные технологические про­цессы изготовления пеноматериалов из цеолитизированных пород анало­гичны процессам при изготовлении пеностекла по традиционной техно­логи»» из стеклопорошка. Цеолити- зированная порода измельчается, смешивается при необходимости с Технологическими добавками, с. месь засыпается в жаростойкие формы, вспенивается в печи обжига, затем отжигается для снятия напряжен ни, охлаждается и разрезается по разме­рам. Порода, как правило, измельча­ется до фракции менее 0,25 мм, а в ряде случаев допускается более гру­бое измельчение. Снижение темпе­ратуры вспенивания до 800-900"С в предложенных технологических раз­работках позволяет использовать ти­повое оборудование пеностекольных заводов. По технологии изготовле­ния пснома f сриалов с температурой естественного плавления породы (1150-)200"С) отработаны методы изготовления блочных пеноматериа­лов с однородно-пористой и брекчи - евидной текстурой (3.4] (рис. 2).

Однородно-перистая макрострук­тура пенокамня формируется по порошковой технологии, когда пе - нообразующая смесь состоит из порошка породы, и при необходи­мости, с технологическими добавка­ми. Изготовление пеноматериала с низкой плотностью (200—300 кг/м3) по такой технологии осуществляется с добавлением высокотемператур­ного газообразователя. Брекчиевид - ная макроструктура образуется при добавлении к порошку До 50% гра­вия вспучивающегося цеоилитизн - рованного туфа. В связи с неодно­родностью туфов по составу гравий­ная часть смеси после вспенивания окрашивается в различные оттенки коричневого цвета. Такой пеномлте - риал может быть использован для декоративного оформления зданий.

Образование ячеистого расплава при формировании блочного пено - материала с температурой 800—900°С осуществляется за счет молекуляр­ной «цеолитовой» воды, удерживае­мой в модифицированных цеолитах до более высокой температурь?, чем в исходных. Цвет пеноматериала, из­готовленного по низкотемператур­ной технологии, от светло-коричне­вого или серого до белого, зависит от состава породы конкретного место­рождения. Физико-механические свойства блочных пеноматериалов приведены в таблице.

Сибирфом характеризуется за­крыто/! пористостостью, огнестоек, не размокает в воде, экологически безвреден, обрабатывается под лю­бой профиль, имеет оригинальные декоративные качества. Состав Си­бирфома представлен стеклом или квазистеклом с нелоплавленными ту­гоплавкими минералами кварца или кристобалита не более 5%. По пред­варительным расчетам, использова­ние блочного Сибирфома в зданиях позволяет в 4—13 раз уменьшить тол­щину стен по сравнению с толщиной из обыкновенного керамического кирпича. При строительстве Сибнр­фом может быть долее многофункци­онален. чем минеральная вага, так как он может быть использован и в качестве декоративного оформле­ния с ларо-, зт ко - и теплоизоля­цией. Сибирфом плотностью выше 300 кг/м3 может быть использован в несущих элементах зданий в связи с высокой механической прочностью таких пеноматериалов.