дисциплине: «Современные материалы в строительстве»
Вспученный вермикулит
Руководитель
А. А. Макаева
Исполнитель
студент гр. 13-ПГС
И. И. Мендыбаев
Оренбург 2015
Введение
Современное гражданское и промышленное строительство предъявляет все более высокие требования к строительным материалам по целому ряду параметров, таких как: простота использования, экономичность, долговечность, экологичность, пожаробезопасность и т.д.
В значительной мере всеми вышеперечисленными качествами обладает современный строительный материал - вспученный вермикулит. Благодаря своей пористой структуре, вспученный вермикулит является прекрасным тепло- и звукоизолятором, что делает незаменимым его применение в качестве насыпного утеплителя при половых и кровельных работах. При этом, происходит существенная экономия средств, так как по своим энергосберегающим свойствам вспученный вермикулит значительно превосходит такие традиционные строительные материалы, как бетон или кирпич. Основным свойством вермикулита, определяющим его промышленную ценность, является способность резко увеличиваться в объеме - вспучиваться при обжиге в интервале температур 600-900 град.С.
Вспученный вермикулит представляет собой сыпучий пористый материал в виде чешуйчатых частиц серебристого, золотистого или желтого цвета, получаемых ускоренным обжигом вермикулитового концентрата - гидрослюды, содержащей между элементарными слоями связанную воду. Пар, образующийся из этой воды при обжиге, действует перпендикулярно плоскостям спайности и раздвигает пластинки слюды, увеличивая первоначальный объем зерен в 6-15 и более раз. Основными характеристиками вспученного вермикулита являются объемный насыпной вес (плотность) и зерновой состав (фракция).
Объемный насыпной вес зависит от зернового состава, степени обогащения (вермикулизации) сырца, от температуры и продолжительности обжига, формы зерен, наличия пустой породы.
Основные материалы
Вспученный вермикулит получают обжигом минерала вермикулита ("vermiculis"- лат. "червеобразный"). Вермикулит - природный минерал из группы гидрослюд слоистого строения, обладающий уникальной способностью вспучиваться (увеличиваться в объеме в 6-15 раз) при нагревании (600-900 град С).
Вермикулитами в технике называют любые гидратированные слюды, способные вспучиваться при нагревании. Вермикулит является продуктом низкотемпературных гидротермальных процессов и последующего выветривания магнезиальных и магнезиально-железистых слюд, носящих название флогопита и биотита, характеризуется пластинчатой структурой темно-зеленого, золотисто-коричневого или зелено-желтого блестящего цвета с гладкой, твердой поверхностью.
Слюды по химическому составу относятся к сложным алюмосиликатам, составы которых в общем виде выражаются формулами:
+R+2|AISi3O10||OH|2 или R+R+3|AISi3O10||OH|2
В этих формулах R+ обозначают одновалентные катионы калия и лития, R+2 - количество двухвалентных катионов магния, железа, марганца и др. R+3 - количество трехвалентных катионов алюминия, железа, марганца, хрома и др.
В магнезиатно-железистых слюдах имеется группа гидрослюд, содержащих цеолитную воду. К этим слюдам относят вермикулит, близкий по химическому составу к гидратированному биотиту и флогопиту, минералу из которого в результате обменных реакций произошел глауконит, соответствующий по составу гидратированному лепидомелану.
Цеолитная вода, при ускоренном обжиге превращается в пар, который воздействует перпендикулярно плоскостям спайности и раздвигает пластинки слюды.
Структурная формула вермикулита (Mg+2; Fe+2; F+3)3|(SiAI)4 О10|(ОН)24Н2О, а содержание отдельных окисей составляет (% по массе): 33-36 SiO2; до 0,47 TiO2; 6-18 AI2O3; 5-17 Fe2O3; 0,2-0,29 FeО; 14-25 MgO с присутствием в ряде случаев CaO, MnO, NiO и др.
Характерно, что химический состав слюды после обжига остается неизменным. Зерна вспученного вермикулита имеют кубообразную форму, а зерна гидрослюд - пластинчатую.
Материал, получаемый при обжиге вермикулитового концентрата, является сыпучим, лёгким высокопористым материалом в виде чешуйчатых частиц серебристого, желтого или золотистого цвета.
Он обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, не токсичен, не подвержен гниению, препятствует распространению плесени, без запаха.
Уникальные технические свойства - высокая температуростойкость, огнестойкость, отражающая способность, высокие адсорбирующие качества.
Вермикулит биологически стоек - не подвержен разложению и гниению <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BD%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5> под действием микроорганизмов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D1%8B>, не является благоприятной средой для насекомых <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%81%D0%B5%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D1%8B%D0%B5> и грызунов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D1%8B%D0%B7%D1%83%D0%BD%D1%8B>, а также химически инертен - нейтрален к действию щелочей <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A9%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D1%87%D1%8C> и кислот <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>.
Месторождения
Впервые вермикулит обнаружен в начале XIX века, промышленное применение получил лишь спустя 100 лет. За разработку нескольких технологий его применения Якуб Ахтямов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%85%D1%82%D1%8F%D0%BC%D0%BE%D0%B2,_%D0%AF%D0%BA%D1%83%D0%B1_%D0%90%D1%85%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87> получил в 1979 году премию Совета Министров СССР за «Исследование, разработку технологии и внедрение в народное хозяйство вермикулита и изделий на его основе».
Крупнейшее в мире Ковдорское месторождение на Кольском полуострове <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B2> (Мурманская область <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%83%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8C>). Встречается вермикулит на Урале <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%80%D0%B0%D0%BB> близ г. Кыштым <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%8B%D1%88%D1%82%D1%8B%D0%BC> (Челябинская область <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8C>), в Красноярском крае - Татарское месторождение, Иркутская область - верховья пади Улунтуй и г. Слюдянка, Приморский край - Кокшаровское месторождение. За рубежом - в Западной Австралии <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B2%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%8F>, США <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%A8%D0%90> (штат Монтана, Колорадо, Вайоминг, Северная Каролина, Джорджия), Уганде <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0>, Украине <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%B8%D0%BD%D0%B0>, ЮАР <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%90%D0%A0>, Казахстане <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%B7%D0%B0%D1%85%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD> (Кулантауское месторождение в ЮКО <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%9A%D0%9E>), Узбекистане <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B7%D0%B1%D0%B5%D0%BA%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD> (Каракалпакия <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%BF%D0%B0%D0%BA%D0%B8%D1%8F>).
Основная технология производства
Технологическая схема производства вспученного вермикулита включает следующие основные операции:
·Добыча самой породы
·Обогащение
·Дробление и отделение пустых пород и фракций
·Обжиг
Добыча
Иногда, при небольших объемах добываемого вермикулита, его обогащение производят сразу же, а процесс вспучивания уже ближе к месту применения. Но в нашей стране вермикулит либо добывают в большом количестве, либо не добывают вовсе, поэтому процесс обогащения и дробления вермикулита чаще всего производится ближе к месту обжига.
Чаще всего вермикулит расположен близко к поверхности и его добывают открытым способом при помощи экскаватора на специальных рудниках.
Зачастую, современные модели промышленной техники так же выполняют первоначальное дробление полученного вермикулита. На месторождениях жильного типа, вермикулит добывают подземными методами.
Обогащение вермикулита
Основной задачей процесса обогащения вермикулитовой руды является её очистка от других слюдянистых пород, которые не будут вспучиваться. Однако на практике, в процессе очистки, некоторые виды слюдянистых пород, не являющихся вермикулитом, так же проходят процедуру отсеивания и доходят до процесса обжига. Но, не смотря на это, их присутствие в конечном продукте - вермикулитном концентрате - почти не влияет на качество получаемого в результате всего процесса - вспученном вермикулите, так как характеристики этих слюдяных пород очень схожи с вермикулитом, а современные технологические процессы позволяют перед самим вспучиванием исключить пустые слюдянистые породы, а так же породы биотита и флогопита как до процесса обжига, т.е. вспучивания, так и после него.
Сам процесс обогащения слюдянистой породы вермикулита разделен на несколько технологических этапов, одни из которых отделяют не нужные крупные зерна слюд, а другие наоборот слишком мелкие. Чаще всего используют гравитационное обогащение, потому, как этот способ основан на разницы веса каждой частицы добытой слюдянистой породы вермикулита. Пустые породы с меньшим удельным весом полезных минералов отсеиваются. Такой процесс обогащения концентрата вермикулита проходит в воздушной либо водной среде. Очень результативна система, основанная на различных свойствах минералов, входящих в состав добытой слюдяной породы в т.ч. их взаимодействии с водой. Если в водной среде с активными веществами вермикулит всплывает, то другие не нужные пустые породы в такой среде тонут.
Однако после такой процедуры, вермикулит необходимо просушить при температуре 120-130 градусов. Так же для обогащения может используется вибростол и электромагнитный способ, однако это менее эффективно.
Дробление фракций
Основная задача процесса дробления вермикулита заключается в том, что в растворах, где применяется вермикулит, размер его фракций должен быть не более десяти миллиметров, так как более крупные частицы мене прочны. Если оставить их в таком виде, то конечные вермикулитовые изделия будут менее прочны, а наличие крупных пор между чешуйками вермикулита как следствие заполняется воздухом, который ухудшает свойства вермикулита в отношении звуковой проводимости и теплопроводности. Самым оптимальным размером считается размер зерен от шести до десяти миллиметров. Их поры достаточно узкие, а размеры столь мелкие, что не влияют на прочность конечных изделий.
Однако слишком мелкие зерна вермикулита тоже несут в себе негативные последствия для конечного продукта - вспученного вермикулита. Тонкие и слабо вспучивающиеся отдельные чешуйки не выполняют основных функций вспученного вермикулита, поэтому дробление механическим путем следует производить крайне осторожно, дабы не расщепить частицы вермикулита в порошок. Для этого частицы вермикулита просеивают через вибрационное сито. Сортировать слюдянистую породу следует на месте добычи и там же желательно производить отделение от пустой породы для того, чтобы его плотность составляла примерно сто - сто тридцать килограмма на кубический метр. При выборе дробительных установок следует ориентироваться на установки дробильные совмещающие метод дробления и метод резки. Лучше всего использовать молотковые дробильные установки. В ходе их работы пыли получается намного меньше, чем при использовании шаровых мельниц. Выход крупных фракций вермикулита в таких дробилках будет больше половины, а пыли всего шесть - пятнадцать процентов.
К сожалению, мелкий дробленый вермикулит вспучивать хуже, чем цельный потому, что дробление нарушает его структуру, и толщина зерен становится совсем небольшой. Именно поэтому к выбору дробильных установок следует отнестись очень тщательно, а раздробившиеся частицы немедленно отсеивать во избежание повторного механического воздействия. Именно поэтому для слюдяных пород и особенно вермикулита, используют специально созданные для него дробильные установки.
Обжиг и вспучивание вермикулита
Обжигают концентрат вермикулита в различных печах: вращающихся, шахтных, но лучше использовать специальные установки с газовым топливом. С недавних пор активно применяются установки на электрических элементах. В таких печах не происходит перегревания и потери хрупкости вспученного Вермикулита.
Существует несколько термических эффектов при обжиге вермикулита. Первый из них обнаруживается при 150-200 градусов по цельсию - из концентрированного вермикулита выделяется вода в виде пара.
Если до этого при обогащении руды использовалась система гидро гравитации, а соответственно в результате проводилась сушка вермикулита, то тогда такой эффект при вспучивании вермикулита может отсутствовать. Второй необычный эффект появляется при температуре 260 - 3000 0С и он связан с выделением воды и обменными ионами. Третий связан с выделением аводы и появляется после 400 градусов. Затем при температуре 760 - 7800 С и 810 - 840 происходят четвертый и пятый эндотермические процессы которые случаются с многими минералами группы слюдистых и связаны с удалением водянистых групп минералов.
На каждом из этих этапов происходит образование пара который своим стремлением вырваться наружу из частиц концентрата вермикулита, и вспучивает его. Именно за счёт силы давления пара на каждом из этих этапов частицы вермикулита раздвигаются и пар выходит из его чешуек, а листья слюды раскрываются. Концентрированный вермикулит не должен находиться в обжигающей печи длительное время. Это связано с тем, что находясь в горячем пространстве слишком долго, содержащие в нём минералы могут выгореть и его прочность существенно снизится. В результате основной показатель качества вспученного вермикулита зависит от методов вспучивания.
Самое лучшее по качеству сырье получается при обжиге до тысячи градусов. В настоящее время практически все производители вспученного вермикулита в своих установках придерживаются этой отметки и не перегревают вермикулит, благодаря чему его можно использовать и в других изделиях и они не утратят прочности. Но недооценивать важность сырья для вспучивание вермикулита так же не стоит потому, как толщина фракций и непосредственно самих чешуек напрямую влияет на то. какая необходима температура для обжига вермикулита.
Наилучшие результаты в условиях обжига получены при температуре 900 градусов по Цельсию и продолжительности обжига в две - три минуты. Далее температуру повышать бессмысленно, так как вспучиваемый вермикулит становится хрупким. Таким образом, можно выделить основные требования для печей обжига вермикулита - быстрое воздействие температуры в диапазоне от 900-1100 градусов по цельсию и затем резкое охлаждение для избегания удаления оставшихся частиц влаги, которые сохраняют его хрупкость.
Технические характеристики и свойства вспученного вермикулита
Уникальные технические свойства - высокая температуростойкость, огнестойкость, отражающая способность.
Плотность вспученного вермикулита при крупности зерен 2-8 мм составляет 65-110 кг/куб.м, при более мелких зернах она увеличивается до 130-150 кг/куб.м.
Теплопроводность при температуре 100 град С равна 0,04-0,06 Вт/мК, а с увеличением температуры до 400 град С повышается до 0,11-0,14 Вт/мК.
ПараметрыЕдиницы измеренияХарактеристикаПлотностьКг/ куб. м65-150Коэффициент теплопроводностиBт/мК0,04-0,06Температура плавленияГрад. С1350Коэффициент темп. расширения0,000014Токсичностьне токсиченЦветСеребристый или золотистыйТемпература примененияГрад. С-250 до +1250Коэффициент звукопоглощения (1000гц)0,7 - 0,8
Крупнозернистый вермикулит обладает меньшим объемным весом, чем мелкозернистый, так как он лучше вспучивается при обжиге и имеет большую пористость, чем мелкий.
ФракцияРазмер зерна (мм)Плотность (кг/куб.м.)Коэффициент теплопроводности (Bт/мК)Коэффициент звукопоглощения при 1000 Гц0 (Super Micron)до 0,5145-3500,060,10,5 (Micron)- 0,5 + 0,18120-1300,0590,21 (Super Fine)- 1 + 0,63110-1200,0520,382 ( Fine )- 2 + 0,7190-1100,0510,454 ( Medium)- 4 + 1,475-1000,0480,718 (Large)-8 + 2,865-850,040,8
В химический состав вермикулита входят:
SiO2Fe2O3FeOAl2O3MgOCaOK2OMnNa2OTiO2pH(H2O)33 - 365 - 170,2 - 0,276 - 1814-251,2 - 23 - 50,05 - 0,070,50,4 - 0,476,8 - 7,0
Вспученный вермикулит является сыпучим, легким, высокопористым материалом, с характерной чешуйчатой структурой без запаха.
Материал обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, не токсичен, не подвержен гниению и препятствует распространению плесени. Уникальные его технические характеристики - это температуростойкость, огнестойкость, отражающая способность, химическая инертность.
Вермикулит является экологически чистым и биостойким материалом. При повышенной температуре, возникающей при пожарах, не выделяет никаких газов, что является важным преимуществом по сравнению с другими известными материалами органического происхождения.
Низкие показатели плотности и теплопроводности характеризуют вспученный вермикулит как перспективный материал для использования в качестве теплоизоляционного заполнителя при строительстве сооружений.
Высокая температуростойкость дает возможность применения вермикулита при изготовлении термостойкой и огнезащитной изоляции.
Химико-биологическая инертность и несмачиваемость расплавленным металлом позволяет использовать вспученный вермикулит в металлургии и в химической промышленности.
Теплопроводность
Теплопроводность вспученного вермикулита определяется главным образом его зерновым составом и объемный насыпным весом. Характерно, что зерновой состав оказывает большее влияние на теплопроводность, чем объемный насыпной вес.
Крупный вермикулит легко ориентируется перпендикулярно тепловому потоку и ^ оказывается значительно лучше, чем у неориентированного. Зерна меньше 1,2 мм практически не ориентируются. Для приблизительного определения коэффициента теплопроводности вермикулита в сухом состоянии при нормальной температуре можно пользоваться формулой:
^ = (0,039 + 0,00011 gн) ± 0,01*ккал/м * ч * град
где gн - объемный насыпной вес вспученного вермикулита в кг/м3.
Марка вспученного вермикулита, № фракцииgн кг/м3 maxккал/м * ч * град ( t 25 °С )ккал/м * ч * град ( t >100 °С )КВВ - 0,51300,0534 ± 0,010,062+0,00016tКВВ - 11200,0522 ± 0,010,059+0,00017tКВВ - 21100,0511 ± 0,010,057+0,00020tКВВ - 4950,0483 ± 0,010,054+0,00025tКВВ - 8650,0461 ± 0,010,052+0,00028t
Как видно из таблицы коэффициент ^ увеличивается с повышение температуры.
Прирост ^ с увеличением температуры у мелких фракций не так интенсивен, как у крупных.
Поэтому при использовании вермикулита для высокотемпературной изоляции (t >100 °С ), следует применять материал с размером зерна не более 2,5 мм.
Важным достоинством вспученного вермикулита является его малый коэффициент излучения, составляющий 0,60 ккал./ м2* ч * (К/100)4.
Это обстоятельство положительно влияет на изоляционную способность вермикулита при температуре более 500 °С, когда доля теплопередачи излучением в общей теплопередаче резко возрастает.
Звукопоглощение
Вспученный вермикулит обладает большой открытой пористостью, поэтому засыпки из него характеризуются высоким звукопоглощением. Это свойство вермикулита может быть использовано для глушения воздушного шума в перекрытиях зданий. Звукопоглощающие свойства вспученного вермикулита зависят от толщины засыпки, размера и формы его зерен, частоты колебаний звука. С увеличением толщины слоя вермикулита в засыпке коэффициент звукопоглощения интенсивно растет, достигая максимума при толщине 50 мм. Лишь у мелкозернистого вермикулита оптимальной толщиной слоя можно считать 40 мм. При большей толщине звукопоглощающие свойства засыпки остаются теми же или даже несколько понижаются.
Зависимость коэффициента звукопоглощения вспученного вермикулита от толщины слоя
Вид вермикулитаКоэффициент звукопоглощения при частоте колебаний 1000 гц и толщине слоя в см1234567Вспученный вермикулит фракции 0-10 мм0,150,460,580,600,770,700,65
Существенное влияние на акустические свойства засыпок оказывает их зерновой состав. Оптимальным размером зерен вермикулита является 0,3-0,6 мм.
С увеличением частоты колебаний звука коэффициент звукопоглощения вермикулита растет и при частоте 1000 гц достигает 0,7-0,8, что значительно выше нормы для акустических материалов (0,4).
Следует отметить, что объемный вес вермикулита при прочих равных условиях влияет на коэффициент звукопоглощения сравнительно мало. Поэтому для акустических целей можно использовать вермикулит любого зернового состава.
Огнестойкость
Материалы на основе вспученного вермикулита весьма эффективны при решении задач связанных с противопожарной и огневой защитой. Вспученный вермикулит и материалы на его основе весьма эффективны для тепловой и огневой изоляции промышленного оборудования.
Эта область их применения определяется высокой пористостью, значительной отражающей способностью, низкой теплопроводностью и высокой термостойкостью вермикулита.
Используя технические показатели такие как: низкая плотность, высокая температура плавления (1350 °С), значительно отражающая способность и высокая термостойкость, благодаря этому вермикулитовые плиты используются в строительстве. Теплоизоляционные вермикулитовые изделия можно использовать для изоляции агрегатов с рабочей температурой 900-1100 оС.
Общие направления применения
Вермикулит вспученный - представляет собой сыпучий, пористый материал в виде чешуйчатых частиц, обладающий высокой огнестойкостью, малой плотностью, низкой теплопроводностью, химико-биологической инертностью при контакте с агрессивными средами, не смачивается расплавленным металлом, имеет высокие сорбционные свойства, экологически чистый.
В силу вышеизложенных характеристик, вспученный вермикулит и изделия из этого материала применяются в:
ЛИФТОСТРОЕНИЕ, ВАГОНОСТРОЕНИЕ, СУДОСТРОЕНИЕ:
·Огнезащитные, пожаробезопасные, тепло-звукоизоляционные изделия (плиты ПВВ-700), облицованные трудногорючим пластиком, алюминиевой фольгой или оцинкованным металлом.
МЕТАЛЛУРГИЯ:
·Теплоизоляция прибыльной части слитков, при разливе жидкого металла.
·Футеровка печей и сталеразливочных ковшей.
·Теплоизоляция электролизёров
·Съёмных панелей покрытия кольцевых печей
·Футеровка роликовых печей
ЭНЕРГЕТИКА и ТЕПЛОФИКАЦИЯ (энергосбережение):
·Теплоизоляция любого энергетического оборудования.
·Наружной изоляции стекловаренных печей
·Теплоизоляция печей обжига кирпича.
·Легкие обмазки и футеровки для различных котлов, теплопроводов и других энергетических сооружений.
·Теплоизоляция вибрирующих поверхностей.
СТРОИТЕЛЬСТВО:
·Легкий наполнитель бетонов, штукатурок и других строительных смесей.
·Изготовление противопожарных дверей и клапанов воздуховодов систем вентиляции.
·Огнезащитные заграждения несущих металлических конструкций.
·Противопожарные перегородки коммуникационных путей.
·Огнезащитные пасты и покрытия.
·Теплозвукоизоляционная засыпка пустот неправильных форм.
·Производство рубероида.
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО и ЦВЕТОВОДСТВО:
·Улучшение структуры и аэрационных свойств тяжелых почв.
·Субстрат для гидропонного выращивания растений.
·Наполнитель удобрений, предохраняющий от слеживания и дальнейшей миграции полезных веществ в почве.
·Стабилизация воздушно-влажностного режима грунтосмесей для домашнего цветоводства.
·Среда для зимнего длительного хранения овощей, фруктов и луковиц цветов.
·Добавка в корм животным и птице для исключения интоксикации организма.
ЭКОЛОГИЯ:
·Очистка сточных вод и выбросов в атмосферу.
·Сбор разливов нефтепродуктов.
·Транспортирование химически активных жидкостей.
Применение и основные требования промышленности к вермикулиту.
ПотребительЦелевое назначение вермикулитаОсновные требования к вермикулиту. Строительство Легкий наполнитель бетонов, штукатурок (в т.ч. декоративных и огнестойких), стеновых панелей, перекрытий, обеспечивающие тепло- и звукоизоляционные свойства. Рубероид с посыпкой из вермикулитового концентрата.Все разновидности вермикулита фракция от 0,5 до 10мм. Объемная масса до 65-150кг/куб.м. Вермикулитовый концентрат 0,5- 4 мм. Энергетика, теплофикация и холодильная промышленность Легкие вермикулитовые, вермикулит -бентонитовые обмазки и фасонные изделия, предназначенные для теплоизоляции котлов, теплопроводов и других энергетических сооружений, работающих при 900-1200 град. С.Вермикулит фракции 0,5-10мм. Объемная масса не более 100-150кг/куб.м. Вермикулитовая теплоизоляционная плита g 400-600кг/куб.м. Металлургия Теплоизоляция прибыльной части слитков металлов и жидкого металла при его разливке в изложницы, что обеспечивает увеличение выхода годного проката на 1-1,5%. Футеровочный материал для электролизеров, котлов, печей и др.Все разновидности вермикулита фракции от 0,1 до 2-3мм. Масса 85-125кг/куб.м. Вермикулитовая теплоизоляционная плита g 400-600кг/куб.м. Огнезащита, пожаробезопасностьПовышение предела огнестойкости несущих металлических и деревянных конструкций, воздуховодов, шахт, перегородок, дверей. Термоизоляционный наполнитель огнестойких дверей, Конструкционный материал для противопожарных клапанов систем вентиляции.Вермикулитовая конструкционная плита ПВВ - 700 с пределом огнестойкости 0,5-4чПотребительЦелевое назначение вермикулитаОсновные требования к вермикулитуПроизводство огнестойких древесноволокнистых и древесностружечных плит.Красивые декоративные окраски, легкость, высокая огнестойкость, экологическая чистота.Все разновидности вермикулита фракции от 0,25 до 2-3мм. Объемная масса не регламентируется.Химическая промышленностьАдсорбент для улавливания ядовитых газов, дыма. Очистка промышленных сточных вод. Наполнитель кислотостойких пластмасс и резины. Транспортировка активных жидкостей и кислот.Вермикулит фракции от 0,1 до 2-8мм. Объемная масса не регламентируется.Судостроение Вагоностроение Изготовление лифтовПроизводство трудногорючей мебели, повышение предела огнестойкости палуб, изготовление перегородок, обшивки и дверей кают, купе и кабин лифтов.Огнезащитные, плиты ПВВ-700, облицованные трудногорючим пластиком, алюминиевой фольгой или оцинкованным металлом.Сельское хозяйствоУлучшение структуры и аэрационных свойств тяжелых почв. Наполнитель удобрений, предохраняющий их от слеживания. Вермикулит-гидропонная среда для выращивания овощей, цветов, рассады. Среда для хранения овощей, фруктов и луковиц цветов.Вермикулит фракции от 0,5 до 3-10мм, объемная масса до 150кг/куб.м.
Применение вермикулита в строительстве
Одновременно с уменьшением затрат на сохранение тепла в зданиях и сооружениях решаются такие проблемы, как их огнезащита, звукоотражение и звукопоглощение внутренних помещений, а также ряд других проблемных вопросов, которые возникают при благоустройстве.
Вермикулит насыпной
Как показывает мировая практика, вермикулит весьма успешно применяется в строительстве, в качестве несгораемого насыпного утеплителя. Обладая текучестью, вермикулит заполняет пустоты неправильной формы.
Слой вермикулитовой засыпки в 20см по теплозащите эквивалентен кирпичной стене толщиной 1,5м или бетонной стене толщиной 2м.
Слой вермикулита на чердачных перекрытиях толщиной 5см снижает потери тепла на 75%, толщиной 7,5см - на 85% и толщиной 10см - на 92%.
Теплопроводность некоторых стройматериалов:
Вспученный вермикулит 0,04 - 0,062 Вт/м.К
Базальтовый холст 0,04 - 0,062 Вт/м.К
Гравий керамзитовый - 0,12 Вт/м.К
Асбестоцементная плита - 0,13 Вт/м.К
Пенобетон - 0,14 - 0,18 Вт/м.К
Кирпич пустотельный - < 0,56 Вт/м.К
Кирпич полнотельный - > 0,6 Вт/м.К
Кирпичная кладка - 0,8 Вт/м.К
Бетон - 1,45 Вт/м.К
Железобетон - 1,6 Вт/м.К
Вермикулитовые засыпки в стеновых конструкциях применяются для защиты помещений от перегревания и охлаждения, для изоляции холодильных камер, сводов печей, для звуковой изоляции камер испытания авиационных и автомобильных двигателей, для звукопоглощения в кинозалах и киностудиях и т.п.
Вермикулитовые штукатурки
Наряду с вермикулитовыми засыпками, в строительстве эффективно применяются сухие строительные смеси и строительные растворы, наполнителем которых является вермикулит.
По сравнению с обычными (песчаными) строительными растворами вермикулитовые растворы вследствие высокой пористости имеют в 2-4 раза меньший объемный вес и в 4-6 раз меньший коэффициент теплопроводности и относятся к группе легких (теплых) растворов.
Слой из теплой цементно-вермикулитовой штукатурки толщиной 2см может заменить слой из цементно-песчаного раствора в 15-20 см. При толщине цементно-вермикулитовой штукатурного слоя до 3см толщина кирпичной стены может быть уменьшена на 25%.
Нанесение цементно-вермикулитового раствора на кирпичные стены позволяет получить экономию кирпича в размере 0,25 куб.м на 1 куб.м кладки, при этом коэффициент звукопоглощения вермикулитовых штукатурок составляет 0,15-0,3, а обычной песчаной штукатурки он равен 0,015-0,02.
Из этого следует, что применение теплых штукатурок для облицовки поверхностей стен может дать значительный экономический эффект за счет снижения толщины стены.
Вермикулитовые штукатурные растворы применяются для внутренней и наружной отделки строительных конструкций и могут выполнять, помимо повышенных теплозащитных и звукопоглощающих функций - огнезащитные, декоративные и др. Наносятся они на конструкции обычным для штукатурных работ способами.
Штукатурные смеси обладают довольно высокой пластичностью и удобоукладываемостью, а растворы имеют сравнительно небольшой объемный вес и достаточную пористость. Поверхность штукатурки хорошо затирается, получается гладкой, без дефектов.
Широко применяемые в строительстве тонкостенные конструкции из армоцемента, железобетона, металла (своды-оболочки, плиты, фермы и т.п.) в большинстве случаев обладают недостаточной огнестойкостью.
Попеременное нагревание и охлаждение таких конструкций водой в условиях пожара приводит к резкому падению их прочности, большим деформациям, вызывает обрушение.
Образцы вермикулитового раствора с объемным весом от 500 до 800 кг/куб. м, нагретые до температуры 900-1000 град. С и помещенные в воду, не растрескиваются и сохраняют достаточную прочность, в то время как образцы из ячеистых бетонов при таких же условиях полностью разрушаются.
Огнезащитная эффективность вермикулитовых растворов в 4 раза выше, чем песчаных. Предел огнестойкости покрытий и перекрытий, равный 1,5 ч, обеспечивается при толщине слоя вермикулитового раствора 8 мм.
Об эффективности вермикулитовых растворов как огнезащитной изоляции свидетельствуют ниже приведенные данные.
Огнестойкость некоторых строительных изоляций
Вид изоляцииСвойства изоляцииПредел oгнестойкостиОбъемный вес кг/куб.мТолщина ммЦементная плита250-300401 ч 50 минЦементная плита с обычной штукатуркой250-300502 ч35 минКирпич глиняный обыкновенный17501205 ч 25 минКирпич глиняный с обычной штукатуркой17501206 чЦементно-вермикулитовая штукатурка5001310 ч
Армоцементные плиты толщиной 20 мм с огнезащитным слоем из вермикулитового раствора толщиной 13 мм имеют предел огнестойкости до 10 ч.
Для вышеназванных вермикулитовых строительных растворов применяется цемент марок М-300 - М-400 и вермикулит фракции до 2мм. При этих условиях коэффициент теплопроводности колеблется от 0,140 до 0,158 Ккал/м. ч. град.
В строительстве жилых, общественных и промышленных зданий широкое применение получили покрытия полов из пластика, линолеума паркета и др. Такие полы устраиваются обычно по сборным или монолитным железобетонным перекрытиям или непосредственно на грунте по песчаному основанию.
При устройстве таких покрытий полов по бетонному основанию вследствие высокой теплопроводности и теплоусвоения железобетона требуется промежуточный слой (основание) из малотеплопроводного материала. Последний должен иметь коэффициент теплоусвоения не более 5 ккал/кв.м ч град, предел прочности при сжатии не менее 40 кг/кв.см, обеспечивать надежную звукоизоляцию междуэтажного перекрытия, а в случае применения в перекрытиях над подвалом - надлежащую теплозащиту.
Этим требованиям полностью удовлетворяют цементно-песчаные вермикулитовые растворы.
Как было уже отмечено раньше, вермикулит обладает высокой огнестойкостью. Это его свойство нашло применение для создания вспучивающихся огнезащитных покрытий (ВОЗП) на основе вермикулита.
Наиболее перспективными являются вспучивающиеся покрытия, обладающие огнезащитными и температуростойкими свойствами при действии огня. Эти покрытия наносятся на конструкцию тонким слоем. В процессе эксплуатации они выполняют функции декоративного покрытия. В случае возникновения пожара при действии высоких температур покрытие вспучивается, значительно увеличиваясь в объеме, и образует пористые угольные слои, обладающие низкой теплопроводностью.
В результате проведенных исследований по созданию вспучивающихся огнезащитных покрытий для защиты металлических, деревянных, бетонных и др. конструкций получен целый ряд огнезащитных композиций включающих связующее, вермикулит и ряд добавок.
При испытаниях приготовленные огнестойкие массы наносились вручную слоем 1 мм и 2 мм на деревянные образцы в виде прямоугольного бруска сечением 30Х60 мм и длиной 150 мм.
Затем образцы выдерживались в естественных условиях до постоянного веса. Готовые образцы подвергались огневому воздействию в керамической трубе.
Для каждого из четырех составов определялась потеря массы образца после обжига по стандартному температурному режиму (как среднее арифметическое результатов испытания не менее 10 образцов)
Табл. Потери массы образцов, защищенных исследуемыми составами, после обжига
СоставСпособ защитной обработкиТолщина покрытия ммВремя огневого воздействия минПотеря массы, % (среднее из 10 образцов)1покрытие1 22 23,6 2,42покрытие1 22 24,7 3,13покрытие1 22 24,2 2,94покрытие1 22 23,2 1,9
Потеря масс образцов в среднем составила 2-5%, что позволяет отнести данные испытанные огнезащитные образцы к группе трудносгораемых.
Также проводились натуральные испытания огнезащитного покрытия при сжигании стандартного деревянного домика размером в плане 1,0Х1,0 м.
Сжигались три домика: незащищенный, пропитанный раствором антипирина и домик, защищенный вермикулитовым огнестойким составом (толщиной 1 - 2 мм). После сжигания 5 л керосина в каждом из домиков первые два полностью сгорели. Домик, покрытый ОЗП на основе вермикулита, после полного сгорания керосина не претерпел никаких видимых изменений.
Результаты испытания показали хорошие огнезащитные качества покрытий на основе вермикулита. Тонкослойные огнезащитные покрытия на основе вермикулита при простоте приготовления сырьевой массы и обеспечении надежной огнезащиты древесины позволяют решить еще одну достаточно важную задачу декоративного оформления поверхности защищаемой древесины.
Специфическим декоративным свойством вермикулитовых огнезащитных покрытий и штукатурных растворов является блеск обнаженных цветных пластинок вермикулита на поверхности покрытия в отраженном свете.
Для декоративных вермикулитовых штукатурок рекомендуется применять белый цемент и щелочестойкие пигменты (охру, железный сурик, умбру и др.) в количестве 5 - 25%. В качестве пластифицирующих добавок следует использовать воздушную известь или др. компоненты.
Декоративные качества штукатурки на обычном цементе могут быть также достаточно высокими, но ее цвет, как правило, не соответствует цвету применяемого пигмента.
Так, например, растворы с железным суриком имеют коричневый оттенок, с охрой - зеленовато-серый. При введении в цемент 5% пигмента штукатурка обладает мягкими, пастельными тонами, при 15 - 25% - имеет яркий, насыщенный цвет.
Плиты вермикулитовые - ПВ
Существуют технологии производства огнестойкого термоизоляционного материала на основе вермикулита вспученного и неорганического связующего для использования в различных отраслях промышленности.
Плиты вермикулитовые изготавливаются методом горячего прессования полусухой массы в промышленных условиях по технологии и в соответствии с техническими условиями.
Изделия ПВ представляют собой лёгкие негорючие плиты, не содержащие асбеста, волокон и органических компонентов.
Плиты ПВ химически нейтральны, инертны, не содержат щелочных примесей. В обычных условиях эксплуатации (от -50 до 50 оС) и в условиях воздействия высоких температур (до 1200 оС) не выделяют летучих токсичных веществ, опасных для здоровья человека и окружающей среды.
Плиты могут выпускаться плотностью в пределах от 350 до 900 кг/м3. Изделия ПВ выпускаются прямоугольной формы с предельными размерами: длина - до 12 000 мм, ширина - до 6 000 мм, толщина - от 10 мм до 100 мм.
Дополнительно в состав плит может входить гидрофобный компонент, благодаря которому полностью исключается капиллярное всасывание воды. Введением целевой добавки можно понизить водопоглощение и повысить водостойкость изделия.
Вермикулитовый материал легко обрабатывается обычными инструментами и быстро монтируется стандартными крепёжными элементами или высокотемпературным клеем на силикатной основе.
Поверхность вермикулитовых плит легко окрашивается эмульсионной или любой другой краской, либо облицовывается декоративным пластиком или металлом.
Во время транспортировки плиты должны быть уложены на паллетах, и храниться в сухом месте.
Плиты вермикулитовые используются:
.Огнезащита (плиты ПВО)
·Для повышения предела огнестойкости несущих стальных строительных конструкций (предел огнестойкости 0,5-4 часа в зависимости от толщины плит).
·Для повышения предела огнестойкости металлических воздуховодов, противопожарных заслонок до 2 часов.
·Для защиты от огня железобетонных конструкций и межэтажных перекрытий.
·Для изготовления подвесных потолков и перегородок, защищающих коммуникационные сооружения от воздействия пожара.
·Для защиты кожухов кабелепроводов.
·Для производства трудногорючей мебели
·Для изготовление перегородок, обшивки и дверей кают, купе и кабин лифтов.
.Термоизоляция (плиты ПВИ)
·Для изоляции металлических конструкций алюминиевых электролизёров.
·Для футеровки любых энергетических сооружений.
·Для изготовления съёмных покрытий печей различного вида.
·Для наружной изоляции стекловаренных печей
·Для футеровка роликовых печей
·Для теплоизоляция электролизёров
·Для теплоизоляция печей обжига кирпича.
При изменении технологии прессования плит, возможно достичь различных показателей огнестойкости. Измерение огнезащитного эффекта, создаваемого образцами плит, показали, что при одностороннем нагреве по стандартной кривой пожара огнезащитный эффект практически неизменный и при толщине плит в 20 мм составлял 80-90 минут.
Значительно большее влияние на огнезащитный эффект оказывает толщина плит и способ их крепления на конструкцию. Увеличением толщины до 40-50 мм и установкой их в конструкции с воздушным зазором время прогрева не обогреваемой стороны плит по стандартному температурному режиму может быть увеличена до 150-190 минут.
Для испытаний на огнестойкость вермикулитовой плиты толщиной 50 мм использовалась высокотемпературная печь. Избыточное давление в печи на протяжении испытаний составляло 10 + 2 Па.
Результаты измерений температуры приведены на графиках.
Как видно из графиков и согласно стандарта граница огнестойкости плиты толщиной 50 мм составляет 180 минут.
Вермикулитобетон
Вермикулитобетон - разновидность лёгкого бетона с заполнителем из вспученного вермикулита. Вяжущими служат цемент, битумы, растворимое стекло, синтетические смолы и т.д. В теплоизоляционный с плотностью 250-400 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,08-0,10 вт/(м․К) [1 вт/(м․К) ≈ 0,86 ккал/(м․ч․°C),] применяется для изготовления плит, скорлуп, сегментов, блоков, для теплоизоляции промышленного оборудования и трубопроводов, а также для утепления ограждающих строительных конструкций. Наибольшая температурадля теплоизоляционного В.: на цементе 600 C; на синтетической связке 150°C. В конструктивно-теплоизоляционный используется для изготовления стеновых панелей, плит покрытий и т.д., имеетплотность 600-900 кг/м3, коэффициент теплопроводности до 0,19 вт/(м․К), прочность при сжатии до 3,5Мн/м2 (35 кгс/см2). Такой В. На цементе при растворимом стекле с добавками является также жароупорными применяется при температуре до 800°C.
вермикулит строительство штукатурка дробление
Заключение
В заключении можно выделить основные свойства вспученного вермикулита, благодаря которым он применяется в строительстве:
—Высокая температурная стойкость (до 12000С)
—Огнестойкость
—Химическая и биологическая инертность
—Низкая теплопроводность
—Низкая плотность
—Не выделяет газ при повышенных температурах
Активное применение вспученного вермикулита в строительстве обосновано тем, что он единственный материал, который способен предоставить строительным конструкциям не только самую высокую огнезащиту, но и одновременно теплоизоляцию, декоративность и звукоизоляцию.
Область его использования в сфере строительства достаточно широка, и нет сомнений в том, что с развитием технологий, ему будут находить все большее и большее применение.
Благодаря своим свойствам вспученный вермикулит в строительстве целесообразно применять:
·для теплоизоляции стен, крыш, полов, фундаментов и подвалов различных сооружений;
·для засыпки пустот, межстеновых пространств, чердачных перекрытий;
·как наполнитель в строительных смесях, штукатурках, цементных растворах;
·при производстве жаропрочных огнестойких бетонов.
·для изоляции холодильных камер, сводов печей;
·для звуковой изоляции квартир, офисов, камер испытания авиационных и автомобильных двигателей, для звукопоглощения в кинозалах и т.п.;
·для огнезащиты металлических, бетонных, деревянных и др. конструкций;
·для декоративного оформления фасадов сооружений и внутренних помещений.
Список использованных источников
1.Вермикулит - Википедия [электронный ресурс] - Режим доступа: <https://ru.wikipedia.org/wiki/Вермикулит>. Дата обращения 26.09.2015
.Вермикулит технический - Строй-справка.ру [электронный ресурс] - Режим доступа: <http://stroy-spravka.ru/glossary/vermikulit-tekhnicheskii>. Дата обращения 26.09.2015
.ГОСТ 12865-67 Вермикулит вспученный. 1987г.
.Каркасное строительство [электронный ресурс] - Режим доступа: <http://govindam.ru/verm01.html>. Дата обращения 26.09.2015
.Украинская вермикулитная группа [электронный ресурс] - Режим доступа: <http://www.uvg.org.ua/building/>. Дата обращения 26.09.2015