Материалы на основе вспученных и пористых горных пород

Материалы на основе вспученного перлита

Вспученный перлит получают при термической обработке при температурах 850−1200⁰С сырья из вулканических стекловатых водосодержащих пород кислого состава, отвечающих требованиям ГОСТ 25 226–96.

В зависимости от содержания воды, вулканические стекла разделяют на обсидианы (до 1% воды), перлиты (1−6%), пехштейны, витрофиры и др. (более 6%).

В производстве вспученного перлита все применяемые в качестве сырья вулканические породы с содержанием воды называют перлитом.

Химический состав перлита различных месторождений колеблется в следующих пределах, % по массе: SiО₂ — от 70 до 75; А1₂О₃ — от 2,5 до 9; Fe₂О₃ — от 0,2 до 4; CaO+MgO — от 0,3 до 6; Н₂О — от 0,3 до 10.

Вспучивание перлитовых пород заключается в совмещении процессов испарения находящейся в них связанной воды с переходом вещества породы из твердого в пиропластическое состояние. Порообразователем, в данном случае, служит вода, которая, переходя из твердого состояния в пар при температуре 900−950°С, увеличивается в объеме в 4000 раз. При этом происходит вспучивание пластичной массы.

Коэффициент вспучивания (отношение объема вспученной массы к объему до вспучивания) для хорошо вспучивающихся перлитов — от 13 до 16.

Мировой уровень производства вспученного перлита достигает 20 млн. м в год. В 90-х годах 20-го века ежегодный рост объемов производства этого материала в мире, в среднем, составил около 10%.

Вспученный перлит производится в виде песка или щебня (ГОСТ 10 832−91), а также в виде плит и фасонных изделий.

Вспученный перлитовый песок применяется в значительных объемах для производства теплоизоляционных сухих строительных смесей.

Наибольшее количество вспученного перлита в мировой практике используется в формованных теплоизоляционных изделиях (около 60%).

В качестве связующего используют различные продукты: цемент, гипс, битум, жидкое стекло, синтетические смолы.

Изделия из вспученного перлита, в зависимости от применяемого вида связующего, подразделяют на два основных типа:

• — безобжиговые — битумоперлит, перлитофосфогель, пластоперлит, цементоперлит, силикатоперлит, стеклоперлит, гипсоперлит;
• — обжиговые — керамоперлит, перлиталь, перлитофосфат, керамоперлитофосфат, термоперлит.

Производство всех видов перлитовых изделий включает следующие операции: подготовку и дозировку сырьевых материалов, смешивание компонентов, формование изделий и тепловую обработку. Исключение составляет битумоперлит, который не требует тепловой обработки.

Битумоперлит

Перлитобитумная смесь — смесь перлитового песка марок 150, 200 и строительного битума. Выпускается марок БП-350, БП-400.

Перлитобитумные изделия — изделия, изготовленные из вспученного перлитового песка, битумоглиняной пасты, асбеста и модифицирующих добавок (например, карбоксиметилцеллюлозы, СДБ).

Перлитобитумные изделия, в зависимости от содержания битума, относятся к трудносгораемым (Т) или сгораемым © материалам. Изделия, в зависимости от средней плотности, подразделяют на марки 200, 225, 250 и 300.

Пластоперлит

Пластоперлит получают из вспученного перлитового песка и синтетических смол.

Наиболее эффективными вяжущими являются композиции инденкумароновых, мочевиноформальдегидных, алкилфенольных и фенолформальдегидных смол. Из пластоперлита формуются изделия в виде плит.

После формования изделия проходят тепловую обработку в сушильных камерах при температуре 50−70°С.

Перлитонемент

В России разработано и внедрено в производство большое количество пер лито-цементных теплоизоляционных материалов и изделий. Среди нихперлитоцементные плиты, кирпичи, скорлупы и сегменты (Хотьковский АО «Теплоизолит», ЗАО Дмитровская теплоизоляция, ЗАО Магаданперлит и др.).

Перлитоцементные изделия (плиты, кирпич, скорлупы, сегменты) изготовляют из смесей, содержащих перлитовый песок, портландцемент марки 400, распушенный асбест V сорта и воду.

Изделия формуют и подвергают термовлажностной обработке, с последующей сушкой.

Стеклоперлит (аналог перлитогеля) Стеклоперлит получают из смеси вспученного перлитового песка (60 -70%) и жидкого стекла плотностью 1,25 — 1,35 г/см (30 — 40%).

Технология стеклоперлитовых изделий отличается от технологии перлитоцементных изделий лишь тепловой обработкой сырца, которую осуществляют в туннельных сушилках при температуре 300 — 400 °C.

Силикатоперлит

Для производства селикатоперлита используется вспученный перлитовый песок. Силикатоперлит изготовляют на известковом и известково-кремнеземистом вяжущем с добавкой асбеста в автоклавах при давлении 0,8 -1,2 МПа.

Перлитофосфогель

Перлитофосфогелевые материалы получают из вспученного перлитового песка, асбеста, жидкого стекла с добавкой ортофосфорной кислоты.

Изделия могут армироваться специальными покрытиями, например, мешочной бумагой.

Керамоперлит

Перлитокерамические изделия (керамоперлит) формуют на гидравлических или фрикционных прессах из массы, содержащей 50−60% вспученного перлитового песка и 40−50% глины.

Изделия более высокого качества получают при использовании огнеупорных или бентонитовых глин. Отформованные изделия сушат и обжигают при температуре 750−850°С.

Используя в качестве одного из компонентов ортофосфорную кислоту, получают керамоперлитофосфатные изделия. Формовочная смесь содержит: 80% по массе перлитового песка, 20% - глины и 25−30% - ортофосфорной кислоты.

Предпочтительно применять огнеупорные тонкодисперсные пластичные глины. Тепловую обработку производят при температуре 900 °C.

Лигноперлит, термоперлит, эпсоперлит

Лигноперлит получают из перлитового песка и связующего.

В качестве связующего применяются лигносульфонаты с небольшим количеством добавок фосфорной кислоты и кремнийорганической жидкости ГКЖ-10, 11.

Лигносульфонаты, известные в технике как концентраты сульфиднод-рожжевой бражки (СДБ), являются доступным источником сырья. Их содержание в материале может составлять от 7 до 20% по массе.

В зависимости от содержания связующего, лигноперлит относят к несгораемым и трудно сгораемым материалам.

Термоперлит получают из перлитового песка и связующего. В качестве связующего применяется гидроокись натрия с гидрофобизирующими добавками или без них.

Эпсоперлит получают из перлитового песка и связующего — семиводного сульфата магния (эпсомита MgSО₄•7H₂О), взаимодействующего при термообработке с веществом перлита (SiО₂).

Материалы на основе вспученного вермикулита

Вермикулит — гидратированный магнезиальный слоистый силикат магния с переменным количеством железа.

Вермикулит образуется, главным образом, за счет выветривания магнезиально-железистых слюд флогопит-биотитового ряда. Основные изменения при переходе исходных слюд в вермикулит происходят в межслоевых промежутках слюд, где после выноса щелочных катионов располагаются молекулы воды.

Вспученный вермикулит представляет собой сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения, получаемый в результате обжига вермикулитов при температурах 800−900°С.

В результате обжита удаляется гидратная вода и частицы вермикулита увеличиваются в объеме в 15−20 раз.

В отличие от вспученного перлита, вспученный вермикулит обладает упругостью, которая выражается в его способности частично восстанавливать высоту предварительно сжатой пробы после снятия сжимающей нагрузки.

Основные месторождения вермикулита в РФ — в Мурманской области (разрабатывает ОАО «Ковдорслюда», г. Ковдор) и на Урале (Потанинское месторождение).

Изделия из вспученного вермикулита получают по технологии, аналогичной технологии изделий из вспученного перлита. В качестве связующих применяют битум, жидкое стекло, портландцемент, глину, диатомит (трепел).

Вермикулит применяют в качестве теплоизоляционной засыпки при температуре изолируемых поверхностей от -260 до +1100°С (до 900 °C — при изоляции вибрирующих поверхностей), для изготовления теплоизоляционных изделий, а также в качестве заполнителя для легких бетонов и для приготовления штукатурных растворов и сухих строительных смесей: огнезащитных, теплоизоляционных и звукопоглощающих.

Производятся и теплоизоляционные смеси из вермикулита и асбеста, используемые в качестве теплоизоляционных засыпок.

Пористые заполнители

Искусственные пористые заполнители Предназначены для приготовлении легких бетонов по ГОСТ 25 820–00.

Могут использоваться в качестве теплоизоляционных и звукоизоляционных засыпок.

Производятся следующие виды искусственных пористых заполнителей по ГОСТ 9579–90:

• — гравий (керамзитовый, шунгизитовый, аглопоритовый);
• — щебень (шлакопемзовый, аглопоритовый, керамзитовый);
• — песок (керамзитовый дробленый и обжиговый, шунгизитовый, аглопоритовый, шлакопемзовый).

Керамзитовые пористые заполнители получают обжигом вспучивающихся легкоплавких глин при температуре 1000−1100°С.

Аглопоритовые пористые заполнители получают обжигом легкоплавких глин с примешанными выгорающими добавками при температуре 900−1100°С.

Шунгизитовые пористые заполнители получают обжигом шунгитовых пород при температуре 1000−1100°С.

Шлакопемзовые пористые заполнители (термозит)получают вспучиванием доменного расплавленного шлака при резком охлаждении водой.

Гравий и щебень изготовляют следующих основных фракций 5 — 10; 10 — 20; 20 — 40 мм.

Песок: крупный, средний и мелкий.

Марки по насыпной плотности — 250 -1100.

Природные пористые заполнители Предназначены для приготовлении легких бетонов по ГОСТ 25 820–00. Могут использоваться в качестве теплоизоляционных и звукоизоляционных засыпок.

Получают из горных пород вулканического (пемз, шлаков, туфов, крупнопористых базальтов, андезито-базальтов и андезитов) или осадочного происхождения (пористых известняков, известняков-ракушечников и других карбонатных пород, а также алевролитов, спонголитов, опоки и других кремнеземистых пород).

Производятся щебень и песок по ГОСТ 22 263–76.

Щебень изготовляют следующих фракций: 5 — 10; 10 — 20; 20 — 40 мм.

Песок: крупный, средний и мелкий.

Марки по насыпной плотности — 300 -1400.

Щебень и песок, используемые для теплоизоляционных засыпок, должны иметь насыпную плотность не более 800 кг/м3 и коэффициент теплопроводности не более 0,15 Вт/м ч °С.