Тепловая изоляция строительных конструкций

     Содержание

Введение

     Для тепловой изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов, промышленных холодильников с температурой изолируемых поверхностей от 173К (минус 100°С) до 333К (плюс 60°С) широко применяются минераловатные изделия.

     Все минераловатные изделия можно разбить на следующие группы:

     1) гибкие – войлок, маты, шнуры.

     2) жесткие – плиты, цилиндрические  сегменты, скорлупы.

     3) сыпучие – гранулированная вата.

     Помимо  этих групп изделий выпускают  еще так называемые полужесткие  плиты, по существу представляющие собой  более плотный войлок.

     Они в зависимости от объемной массы  подразделяются на марки: 75; 100; 150; 200; 250.

     Основным  компонентом этих изделий является минеральная вата.

     Минеральная вата - это волокнистый материал, состоящий из тонких волокон (1–15 мкм) стекловидной структуры, получаемый из силикатных расплавов горных пород, металлургических шлаков и их смесей.

     Основным  свойством минеральной ваты, отличающим ее от других теплоизоляционных материалов, является негорючесть в сочетании  с высокой тепло- и звукоизолирующей способностью, устойчивостью к температурным деформациям, негигроскопичностью, химической и биологической стойкостью, экологичностью и легкостью выполнения монтажа.

     Эти качества минеральной ваты, а также  распространенность сырья для производства и несложность технологии предопределяют широкие перспективы применения ее во многих отраслях народного хозяйства.

     Внедрение ее в строительство сокращает  потребность в основных строительных материалах, облегчает строительные конструкции зданий и сооружений, а также уменьшает стоимость строительства.

     Выбор вида связующего вещества для изготовления изделий определяется часто условиями  применения этих изделий.

     В качестве связующих веществ при  производстве минеральной ваты наиболее распространенны: битумы и синтетические  смолы, как обеспечивающие получение изделий с наименьшим объемным весом и коэффициентом теплопроводности.

     Целью данной работы является изучение основных особенностей производства минеральной  ваты на основе стекловолокна.

     Задачи:

1. Рассмотреть виды и характер сырья используемого при производстве минеральной ваты
2. Изучить технологический процесс производства минеральной ваты
3. Провести анализ рынка основных конкурентов

Предмет исследования:  производство минеральной  ваты

Объект  исследования: завод КНАУФ Инсулейшн. 

1.Общие положения

     1.1 Номенклатура выпускаемой  продукции

     Минеральная (каменная) вата – это волокнистый  материал, получаемый из силикатных расплавов  металлургических шлаков, их смесей и  горных пород с добавлением органического  связующего компонента.

     Превращение расплава в тончайшие волокна может производиться как дутьевым (вытягивание нитей из раздробленного на капли расплава), так и центробежным (продавливание расплава через фильеры центрифуги) способом.

     Минеральная вата, получаемая центробежным способом, считается более высокого качества, поскольку прохождение расплава через фильеры обеспечивает минимальное присутствие неволокнистых включений, а также небольшой диаметр волокон ваты. Волокна минеральной ваты обычно имеют длину от 2 до 10 мм, их диаметр – не более 6 мк. [1]

     В зависимости от вида сырья минеральная  вата делится на каменную и шлаковую. Каменная вата, производимая на основе диабаза, базальта, доломита и других горных пород, считается более высококачественной и долговечной.

     Шлаковая  вата обладает меньшей долговечностью при изменении температур, более подвержена влажности и воздействию деформаций. Она чаще используется при строительстве временных сооружений и в дачном строительстве.  
 
Рис. 1. Типы минеральной ваты

     Химический  состав твердой основы определяет ценные свойства минеральной ваты – высокая химическая стойкость и негорючесть.

     Изделия из минеральной ваты препятствуют распространению  пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты.

     К основному недостатку можно отнести  способность впитывать влагу. Во избежание этого применяются специальные водоотталкивающие пропитки, покрытия из металлической фольги или синтетических пленок. Также высока стоимость монтажа: на 40-50 процентов больше, чем для вспененного полиэтилена и каучука.

     Теплопроводность  разных типов минеральных ват во многом зависит от геометрии и ориентации волокон в пространстве. Наиболее эффективным теплоизолятором является минеральная вата с беспорядочно ориентированными волокнами.

      Таблица 1

     Физико-механические показатели минераловатных изделий

     Ориентация  волокон влияет не только на теплопроводность, но и на прочностные характеристики минераловатных изделий.

     Прочность на сжатие возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон.

     Волокнистая структура также обеспечивает другое важное свойство минеральной ваты – пренебрежимо малую усадку и сохранение геометрических размеров в течение всего периода эксплуатации здания.  
Таблица 2

     Основные  сферы применения минераловатных плит  

1.2 Характер используемого сырья

     Минеральная вата (стекловата и базальтовая вата) – наиболее традиционный на сегодняшний день утеплитель. Минвата отлично зарекомендовала себя как теплоизоляционный материал, она применяется практически при любом строительстве.

     Минеральную вату известна своими стабильными характеристиками: негорючести и хорошим теплоизоляционным показателям, паропроницаемости и легкости монтажа. И стекловату и базальтовую вату применяют в качестве утеплителя пола и утеплителя для стен домов, в качестве теплоизоляции перекрытий, в перегородках, в плоских и скатных кровлях, для всевозможных технических конструкциях, минватой осуществляют утепление крыш частных и общественных сооружений. [2]

     Минеральная вата имеет демократичную цену. Поставляется минвата плитами рулонами, цилиндрами, существуют фольгированные модификации  и модификации минваты со стеклохолстом.

     Весьма  широк ассортимент плотностей данного  утеплителя, в зависимости от потребностей строителей. Минеральная вата, также  часто именуемая минватой, каменной ватой, стекловатой или минераловатным утеплителем - неорганический волокнистый утеплитель, состоящий из множества переплетенных тонких волокон, на синтетическом связующем.

     Минвата является традиционным утеплителем, применяющимся  и на крупнейших строительных строительных работах, и при ремонте самого скромного садового домика.

     Минеральная вата изготавливается методом вытягивания волокон из расплава природных минералов и их переплетения. Минвата является теплоизоляционным материалом слабо уплотненного стекловидного волокна из расплавов доменного шлака, песка или из смесей горных пород изверженных и осадочного происхождения.

     Типы  теплоизоляционного материала минеральная  вата.

     1. Стекловата - вата из стекловолокна,  которая производится сплавлением соды, песка и пр.

     2. Базальтовая вата - производится  плавлением из горных каменных  пород, порфирита, базальта, диабаза, габбро, доломита и др.

     3. Шлаковата, с основой из металлургического  шлака и отходов промышленности. Используемые доменные шлаки  снижают качество теплоизоляции  ваты, из-за температуры плавления волокна.

     Происходит  так называемая депрессия расплава температурная, которую вызывает большое содержание железа в утеплителе.

     1. Стекловата, утеплитель из стекловолокна.  Изготавливается из расплава, составляющими  которого является песок с  добавками из соды, известняка, доломита, буры и прочих добавок с добавлением синтетического связующего вещества. Характерна волокнами большей толщины в 15-20мкм, длина волокон в 2-3раза выше, чем у базальтовой и минеральной ваты и упругостью.

     Современная стекловата – негорючий и мягкий утеплитель, который соответствует нормам и требованиям, предъявляемым к строительным материалам, который вызывает меньше раздражения кожи, чем ранее существующие марки советского производства.

     Готовый утеплитель из стекловолокна прессуют, что экономит место при перевозках и складировании.

     При раскрытии пачки матов из стекловаты на строительном объекте материал увеличивает  свой объем. Евронормы предусматривают  до шестикратного увеличения объема. Упругости теплоизоляции из стекловолокна  хватает для восстановления первоначального размера.

     Это применимо к известным сертифицированы  маркам стекловаты, отечественного и  европейского производства и присутствующим в России: Isover (Изовер), Ursa (Урса), стекловата Knauf (Кнауф), Тисма, Топло (производство Болгария). Стекловата этих брендов увеличивает объем до заявленной толщины за 20-40мин. после распаковки, известна высоким и стабильным качеством, и соответствует заявленной в ТУ теплопроводности, в пределах 0,04Вт/м*К.

     Характеристики  стекловаты. Теплопроводность стекловаты - 0,039-0,05Вт/м·К. Теплостойкость стекловаты - 450градусовC, что определенно хуже минваты.

     Номенклатура  теплоизоляционных материалов из стекловаты на синтетическом связующем: сжатые маты в рулонах, маты прошивные несжатые, плиты полужёсткие и плиты  высокой жёсткости, выдерживающие высокие нагрузки.[2]

     Недостатки  стекловаты: чрезмерное водопоглощение (необходима обязательная пароизоляция, в некоторых случаях – гидроизоляция, при помощи пароизоляционных пленок). Минвата содержит фенол-формальдегидные  связующие, не безопасные для здоровья, усаживается через некоторое время эксплуатации и пылит, вызывая раздражение кожных покровов и органов дыхания.

     2. Минеральная вата с добавлением  базальта. Изготавливается из расплава  при температуре 1500градусов С,  составляющими которого является порфирит, базальт, диабаз, габбро или доломит и прочих добавок с добавлением синтетического связующего вещества.  
Минвата имеет достойные теплоизоляционные свойства, стойка к щелочной и кислой средам, негорюча и работает при to до плюс 700градусов Цельсия, выше, чем у стекловаты. Базальтовая вата плавится при температуре около 900градусов Цельсия.

     В России присутствуют следующие марки  минеральной ваты отечественного и  европейского производства: Paroc, Rockwool, Nobasil, Техно, Термо, Isoroc, Izovol, Изомин, Батиз, Эковер, Евроизол, Базалит, АКСИ, Toplrock то применимо к известным сертифицированы маркам стекловаты, и присутствующим

     Характеристики  минеральной ваты. Теплопроводность стекловаты - 0,039-0,05Вт/м·К. Теплостойкость стекловаты - 450градусовC, что определенно хуже минваты.

     Номенклатура  минеральной ваты: маты в рулонах  и маты прошивные, плиты мягкие, полужёсткие  и плиты высокой жёсткости, специальные  марки для фасадов и кровель  выдерживающие высокие нагрузки.

     Недостатки  минераловатной теплоизоляции - высокое водопоглощение (необходима обязательная пароизоляция, в некоторых случаях – гидроизоляция, при помощи пароизоляционных пленок). Минвата содержит фенол-формальдегидные связующие, не безопасные для здоровья, усаживается через некоторое время эксплуатации и пылит, вызывая раздражение кожных покровов и органов дыхания.

     Специальные плотные марки базальтовой ваты отличаются рядом характеристик  уникального характера: отличным звукопоглощением, устойчивостью к вибрациям, при  добавлении гидрофобизирующих добавок – отсутствием водопоглощения и др. [2]

     К сожалению, марки стекловаты и минеральной  ваты, предлагаемые зачастую простому потребителю обладают низкой ценой  и, в основном, сверхмалой плотностью. Они дешевы, но очень неплотны и со временем разрушаются и сильно усаживаются во время эксплуатации. КНАУФ ПРИ разработке новых ГОСТов по минвате, рассматривает ее плотность, начиная с 35 до 70кг/метр куб. Плотность же минераловатных изделий, предлагаемых на строительных рынках, от 11 – 15кг/метр куб.

     Неплотные марки стекловаты и минеральной  ваты можно применять только в  конструкциях, где на утеплитель не может быть больших вертикальных нагрузок – на плоских горизонтальных плоскостях неэксплуатируемых чердаков и пр.

2. Технологическая  часть

     2.1 Технологический  процесс производства  минеральной ваты

     Производство минеральной ваты состоит из двух основных технологических процессов: получения силикатного расплава и превращения этого расплава в тончайшие волокна. Расплав с температурой 1300 - 1400 С непрерывно выпускают из нижней части печи. 

     Для производства минеральной ваты характерна тенденция повышения возможной выработки тепла на базе ВЭР за счет внедрения котловаграночных агрегатов, в которых будут использоваться все тепловые потери вагранки. 

     При производстве минеральной ваты применяют следующие способы раздува расплава: дутьевой, центробежный, центробежно-дутьевой и центробежно-валковый. 

     В производстве минеральной ваты химический состав шлаков имеет исключительно важное значение. 

     Сырьем для производства минеральной ваты служат:

     1) горные породы - осадочные ( глины,  известняки, доломиты, мергели) и  изверженные ( граниты, сиениты,  пегматиты, пемза, туф и др.),

     2) металлургические шлаки доменных  и мартеновских печей, 

     3) шлаки цветной металлургии,

      4) котельные шлаки, 

     5) сланцевая зола и сланцы 

     6) бой красного и силикатного  кирпича.

     Сырьем  для производства минеральной ваты служат горные породы, содержащие в своем составе в основном кремнезем, глинозем, окись кальция и окись магния. В виде примесей в горных породах обычно встречаются железо, марганец и щелочи. [3]

     Сырье для производства минеральной ваты значительно дешевле и менее дефицитно, чем для изготовления стекловолокна, поэтому минеральная вата и изделия из нее применяются в значительно большем объеме. 

     Технологический процесс производства минеральной ваты состоит в следующем:

     1) подготовка исходного сырья и  топлива,

      2) составление шихты, 

     3) получение силикатного расплава,

      4) получение минерального волокна

      5) производство изделий из минерального волокна. 

     Шихту, состоящую из раздробленных горных пород осадочного или вулканического происхождения, например диабаза, а  также известняк и кокс, сплавляют  в вагранке при температуре приблизительно 1500 С. Повышение содержания диоксида кремния приводит к получению более длинного расплава. Из вагранки волокнообразую-щую композицию подают на четыре прядильных валка ( 3000 - 5000 об / мин) и с помощью центробежной силы получают тонкие волокна диаметром 3 - 7 мкм. 

     Основными узлами технологии производства минеральной ваты являются получение минерального расплава и вытягивание частичек расплава в волокна. Наиболее употребительным способом получения расплава является плавление шихты, состоящей из смеси горных пород, в вагранках.

     Однако  возможность использования огненно-жидких шлаков представляет большой практический интерес. В частности, на котлах электрических станций, работающих с жидким золоудалением, стекающие расплавленные шлаки могут быть в некоторых случаях использованы для получения минеральной ваты. 

     В технологической линии для производства минеральной ваты, матов и плит в качестве волокнообразующего агрегата может быть применен любой из описанных выше в зависимости от наличия энергоносителя для раздува расплава и расположения агрегатов в цехе. 

     Поэтому пригодность шлаков для производства минеральной ваты решается после тщательного изучения химического состава шлака в каждом отдельном случае. 

2.2 Описание  технологий применения  минеральной ваты  в строительстве

     Применение  минваты

     Применяется в качестве ненагружаемой изоляции горизонтальных, вертикальных и наклонных строительных конструкций всех типов зданий (кровля - утепление, утепление скатных кровель, утепление полов - легкие базальтовые плиты или минвата облегченная). Компания «Баурекс предлагает для этих целей различные марки плотностью от 25 до 80 кг/м3.

     Минвата также используется в системах наружного  утепления штукатурного типа (плотная  вата или жесткие базальтовые плиты). Мы рекомендуем для наружного слоя мокрых фасадов использовать минплиту плотностью не ниже 145 кг/м3.[4]

     Базальтовая вата используется также в качестве теплоизоляционного слоя в навесных вентилируемых фасадах (утепление  фасадов и утепление вентилируемых фасадов - базальтовые маты или базальтовые плиты средней жесткости). Плотность минплиты не должна быть ниже 80 кг/м3.

     Минеральная вата как утеплитель с внутренней стороны ограждающей конструкции (утепление перегородок и звукоизоляция - плиты из волокна средней жесткости).  В данных конструкциях минераловатное волокно закрывается в сэндвич панель, закрывается штукатуркой или гипсокартонном.

     Базальтовая вата как нижний слой теплозвукоизоляции в многослойных покрытиях плоских  кровель, в том числе при укладке базальтовой ваты на поверхность без устройства цементной стяжки. По опыту компании «Баурекс, на нижний слой используется минеральная вата плотностью не ниже 100 кг/м3, а на верхний слой материал плотностью от 150 до 200 кг/м3. (утепление плоских кровель - минвата повышенной жесткости или твердая минеральная вата).

     Каменная  вата как теплозвукоизоляционный слой в покрытиях плоских кровель, в том числе при укладке  утеплителя на поверхность без устройства цементной стяжки (утепление плоских  кровель, утепление полов - жесткая вата). Некоторые производители предлагают специальные акустические серии, например Rockwool Акустик Баттс.

     Утеплитель  в качестве верхнего теплозвукоизоляционного  слоя в многослойных покрытиях плоских  кровель, в том числе при укладке на поверхность без устройства цементной стяжки (утепление кровель, утепление полов - минвата повышенной жесткости от 175 кПа

     Основные  свойства минваты (каменная вата)

     Малая гигроскопичность – в результате воздействие влаги на здание минимальное. Уровень объемного поглощения воды качественным базальтовым утеплителем составляет всего 0,5% - это  значение у каменной ваты значительно меньше, чем у многих других строительных материалов;

     Долговечность  Использование природных горных пород для производства утеплителя – например, базальта – позволяет довести срок службы блоков минеральной ваты до 50 лет; кроме того, минвата устойчива к механическим воздействиям;

     Практичность  минваты – легкость резки и  обработки минеральной ваты; с  помощью соответствующих клеющих веществ, базальтовую вату легко можно разместить на стене любой конфигурации;

     Огнестойкость  – в производстве минеральной ваты используются природные горные породы с высокой температурой плавления; именно из-за этого плиты из минеральной ваты действуют в чем-то как ограничитель пожара. Кроме того, при достаточно сильном нагреве минеральная вата полностью сохраняет свои свойства;

     Шумоподавление  – благодаря высоким звукопоглощающим характеристикам, минвата вполне может  использоваться как звукоизолятор;

     Высокая экологичность  – утеплители на основе минеральной ваты не содержат в себе никаких токсических для человека веществ. Минвата является отличной преградой на пути нежелательных звуков – это значительно повысит комфорт и уют помещения.

     Стойкость базальтовой ваты к агрессивной  химической среде – минеральная  вата достаточно устойчива при подобных воздействиях.

     Такой набор свойств позволяет каменной вате с уверенностью занимать должное  место на рынке утеплителей –  нескоро появится дешевый. 

     До  недавнего времени и до сих  пор в России использовалась следующая  маркировка каменной ваты:

     П, ПП, ПГ, ПЖ, ППЖ. Ниже следует описание этой продукции. 

     Минеральная вата  П-75 (ГОСТ 9573-96)

     Мягкие  плиты из минеральной  ваты П-75 применяются как теплоизоляция в не нагружаемых конструкциях для утепления скатных крыш и полов. Минеральная вата П-75 считается морально устаревшим утеплителем и имеет рад недостатков в том числе деструкцию базальтового (минераловатного) волокна при намокании. Современным, улучшенным аналогом минваты являются легкие марки базальтовой ваты, например ПМ-35, ПМ-50 ТЕРМОЛАЙТ, Роквул ЛАЙТ БАТТС (Rockwool), Лайнрок лайт.  

     Минеральная вата П-125

     Полужесткие плиты из минеральной ваты П-125 применяются  в жилищном и промышленном строительстве в качестве утепления (теплоизоляции) стеновых перегородок мансардных надстроек и вентилируемых фасадов. Минвата П-125 применяются также в изготовлении строительных элементов типа "сэндвич". Базальтовая вата также морально устарела и имеет те же недостатки что и минвата П-75. Базальтовый аналог: ТЕРМОВЕНТ ПМ-80, ПМ-50   ТЕРМОКРОВЛЯ Н, Роквул (Rockwool) ВЕНТИ БАТТС.

     Минеральная вата П-175

     Жесткие плиты из минеральной ваты П-175 в  качестве утеплителя (нижнего теплоизолирующего  слоя) в многослойных кровельных покрытиях и для теплоизоляции промышленного оборудования. В данном случае каменной, базальтовой вате нет альтернативы по причине негорючести материала. П-175 – морально устарела. Базальтовый аналог: ПЖ-120  ТЕРМОКРОВЛЯ Н, Роквул РУФ БАТТС Н (Rockwool) РУФ БАТТС В

     Минеральная вата ППЖ-200

     Минеральные плиты повышенной жесткости ППЖ-200 предназначены для утепления  плоских кровель и поверхностей под цементную стяжку. П-175 – морально устарела. Базальтовая вата аналог: ТЕРМОКРОВЛЯ В ПСЖ-175, ПСЖ-200, Роквул (Rockwool) РУФ БАТТС В.

     Виды  изделий из базальтовой ваты

     В гражданском строительстве в  основном применяются две группы изделий:

     Базальтовые маты (минеральные маты прошивные, минераловатные маты без обкладки, с односторонними и двухсторонними обкладками); 
Базальтовые плиты (минеральные плиты легкие,  минераловатные плиты мягкие, полужесткие, минераловатная плита повышенной жесткости, базальтовые плиты твердые).[5]

2.3. Порядок монтажа

     Монтаж  минеральной ваты достаточно прост  и может быть произведен двумя  способами:

     1. Укладка материала в пространства  между отдельными частями конструкции.  При этом она не требует  дополнительного крепления.

     2. Укладка материала на поверхность  конструкции при помощи клея  или специальных дюбелей. Количество  используемых дюбелей должно составлять как минимум 4 шт. на 1 кв.м. минеральной ваты.

     Осуществляя монтаж минеральной ваты следует  соблюдать некоторые рекомендации:

     так, утепляя скатную крышу или  фасад, между материалом и внешней  отделкой нужно оставить вентиляционный зазор размером 5-10 см, чтоб избежать появление конденсата;

     - в стеновых панелях, где воздушные зазоры сделать не возможно, предотвратить выпадение конденсата помогут минераловатные плиты с вентиляционными канавками;

     - чтобы усилить теплоизоляционные свойства при утеплении плоской крыши, а так же чердака ее укладывают в два слоя;

     - для обеспечения звукоизоляции наиболее подходит гранулированная;