К асбестсодержащим теплоизоляционным материалам относится ряд материалов, отличающихся по составу исходного сырья, по технологии производства и области применения. Общим, объединяющим признаком этих материалов является использование асбестового волокна в качестве объемно-армирующего и водоудерживающего компонента.
Асбестом называют волокнистые разновидности некоторых минералов группы амфиболов и серпентинов. Такое понятие определяется общими физическими свойствами этих минералов. Отличительными свойствами их являются нитевидная форма кристаллов, способность расщепляться на тончайшие волокна, обладающие высокой механической прочностью и эластичностью, относительно высокой температуростойкостью. Для асбестов характерна высокая стойкость к атмосферным воздействиям, кислотоустойчивость и для амфиболасбестов — щелочеустойчивость. Распушенное асбестовое волокно проявляет высокие адсорбционные свойства и способность образовывать однородные водные суспензии.
Существует два типа асбестов — амфиболовый и хризотиловый (серпентиновый), имеющие различные минералогическую природу и свойства. Известно около 15 крупных месторождений амфиболового асбеста, — на Южном Урале и Центральном Алдане. Значительно менее разнообразны асбесты хризотиловой группы. Однако среди всех известных типов асбестов хризотил — асбест занимает первое место по своему промышленному значению, и добыча его составляет примерно 95% мировой добычи асбеста.
В химическом отношении асбесты представляют собой водные силикаты магния довольно сложного состава с изоморфными примесями алюминия, никеля, марганца, фтора и др. Для практического использования почти все виды асбестов требуют обогащения, так как сильно загрязнены минеральными примесями в виде магнетита, хромита, карбонатов, талька.
Температуростойкость асбеста определяется температурой его дегидратации. Амфиболасбест в интервале температур 400—500°С теряет 50% всей химически связанной воды, содержащейся в минерале. Выделение ее происходит без разрушения кристаллической решетки амфибола. Второй этап дегидратации происходит при температуре 950— 1100°С с потерей всей химически связанной воды и разрушением кристаллической решетки.
Хризотил-асбест теряет адсорбционную воду при температуре 370°С, однако восполняет ее при вылеживании в нормальных условиях. При температуре 480°С хризотил — асбест теряет до 40% химически связанной воды, что приводит к частичной потере прочности и гибкости волокон; в интервале 600—770°С дегидратация полностью заканчивается практически с полной потерей прочности. Поэтому 600°С считают предельной температурой применения хри — зотил-асбеста.
В асбестсодержащих теплоизоляционных материалах асбест, как правило, является наполнителем, не вступающим в химические взаимодействия с остальными компонентами смеси. Количество асбеста обычно не превышает 20—30%, однако его роль в этих материалах исключительно важна — он увеличивает прочность и снижает объемную массу изделий. Увеличение прочности связано с армирующим действием волокон в массе материала. Равномерное распределение волокон асбеста в массе создает прочный каркас, способствующий распределению напряжений от внешних нагрузок по всему объему изделия и, следовательно, повышению прочности изделия в целом.
Прочность асбестсодержащих материалов зависит нетолько от прочности асбеста и связующего вещества, но и от прочности сцепления асбестовых волокон с остальными компонентами. Поэтому, чем тоньше будут волокна асбеста,-тем больше при том же его количестве будет точек соприкосновения волокон с другими компонентами смеси и тем выше будет прочность изделий.
Процесс расщепления волокон асбеста на более тонкие называется распушкой. Распушка, увеличивая общую удельную поверхность асбеста, способствует не только повышению его прочности, но и снижению объемной массы.
Асбест обладает высокой адсорбирующей способностью — свойством поглощать и удерживать большое количество воды на поверхности волокон и в промежутке между ними. Распушенный асбест способен удержать большее количество воды, чем нераспущенный. В процессе сушки влага, испаряясь, создает в материале дополнительную пористость, снижая тем самым объемную массу материала.
Промышленность (ГОСТ 12871—67) выпускает асбест восьми сортов, от 0-го до 7-го, в зависимости от длины волокна и содержания пыли, а в зависимости от сохранности волокон (текстуры)—двух видов.
1. Асбест гарантированной текстуры, который подразделяется на марки: с жесткой текстурой (Ж) с преобладающим количеством иголок; с промежуточной текстурой (ПРЖ) с равным количеством волокон и иголок; мягкой (M) с преобладающим содержанием волокон.
2· Асбест негарантированной текстуры (К)·
Из всех асбестсодержащих материалов наибольшее значение в промышленности имеют следующие: асбестоизвестково-кремнеземистые, асбестоцементные, асбестотрепельные, асбестодоломитовые.
Асбестоизвестково-кремнеземистые теплоизоляционные изделия изготавливают в виде плит, скорлуп и сегментов из асбеста, извести и кремнеземистых горных пород.
Эти изделия подразделяются на вулканитовые и известково-кремнеземистые.
Вулканитовые изделия применяют для тепловой изоляции горячих поверхностей промышленного оборудования с температурой до 600°С.
Сырьем для производства вулканита служат диатомит или трепел, известь и асбест. Диатомит или трепел должен содержать не менее 70% двуокиси кремния. Характеристика этих горных пород подробно изложена в разделе «Диатомитовые теплоизоляционные материалы»·
Известь—воздушное вяжущее вещество, получаемое измельчением умеренно обожженных, не до спекания, известняков. В соответствии с требованиями ГОСТ 9179— 70, известь в зависимости от содержания в ней активных Ca O+Mg O, %, делится на три сорта. Известь первого сорта содержит не менее 90% активных Ca O-f Mg O, второго сорта— не менее 80% и третьего сорта — не менее 60%, считая на сухое вещество. Для производства асбестоизвестково-кремнеземистых материалов применяется известь не ниже второго сорта с содержанием Mg O не более 5%.
Асбест применяют 5-го или 6-го сорта полужесткой гарантированной текстуры.
Производство вулканитовых теплоизоляционных изделий включает процессы подготовки исходных компонентов, приготовление формовочной массы, формование, автоклавную обработку и сушку изделий. Исходные компоненты берут в следующем соотношении, % по массе: диатомит — 65, известь — 20, асбест — 15, добавляют полуводный гипс в количестве 12% массы извести.
Карьерная влажность диатомита должна быть не более 45—47%. При более высокой влажности его подсушивают в сушильном барабане. Измельчают диатомит в молотковой дробилке до такой степени, чтобы он полностью проходил через сито с диаметром отверстий 5—6 мм.
Асбест, увлажненный до 30—35%, предварительно распушивают на бегунах в течение 10—15 мин, затем в быстроходной мешалке путем перемешивания с известковым молоком. Степень распушки асбеста должна быть не менее 60%·
Вулканитовую массу окончательно перемешивают в пропеллерной или лопастной мешалке. Сначала при непрерывном перемешивании в мешалку заливают асбестоизвестковую суспензию, затем диатомитовый шлам. Общее количество воды в диатомитовой массе в зависимости от объемной массы материала может колебаться в пределах 260—300% массы сухих веществ.
Формуют изделия, заливая диатомитовую массу в металлические формы, предварительно вычищенные и смазанные. Формы на вагонетках направляют в автоклав для тепловлажностной обработки. После автоклавной обработки вулканитовые изделия, как правило, имеют влажность 140—180%· Чтобы довести влажность изделий до отпускной (30%), их сушат в туннельных противоточных сушилках дымовыми газами.
Физико технические свойства вулканитовых изделий, влажностью не более 30% по массе
| Марка изделий | Объемная масса в сухом состоянии, кг/м8, не более | Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/(м-К). при температуре, °С | Предел прочности при изгибе, МПа, не менее | |
| 25 | 100 | |||
| 350 | 350 | 0,087 | 0,093 | 0,3 |
| 400 | 400 | 0,093 | 0,099 | 0,35 |
Техническая характеристика вулканитовых изделий (ГОСТ 10179—62) приведена в табл. 42.
Вулканитовые изделия выпускают в виде плит размером 500Х170Х (30, 40, 50, 70) или скорлуп длиной 500 мм, толщиной 30, 40, 50 и 60 мм и внутренним диаметром 33, 52, 67, 77, 95 и 116 мм.