Пеностекло. Современное состояние вопроса

Пеностекло. Современное  состояние вопроса.

Современное состояние  промышленного и гражданского строительства  подразумевает широкое использование  теплоизоляционных материалов. Проблема энергосбережения при эксплуатации зданий выдвигает жесткие требования к стеновым строительным материалам с точки зрения эффективности их теплоизоляционных свойств. Поэтому перед промышленностью стоит задача обеспечить народное хозяйство высокоэффективными теплоизоляционными материалами.

Одним из таких материалов является пеностекло, в котором удачно сочетается огнестойкость, биологическая устойчивость, экологическая чистота и долговечность с хорошими теплофизическими характеристиками. Пеностеклом называется ячеистый строительный материал, получаемый путем спекания тонко измельченного порошка, образующего стенки открытых или закрытых пор, полученных введением в состав пенообразователя. Пеностекло - легкий, экологически чистый материал, представляющий собой затвердевшую стеклянную пену. Оно, по комплексу технических свойств, превосходит практически все теплоизоляционные материалы.

Низкая теплопроводность (0,06 Вт/м2К), высокие морозостойкость, химическая и биологическая устойчивость, механическая прочность при относительно невысокой себестоимости производства обеспечивают ему широкое применение для теплоизоляции жилых и промышленных зданий, тепловых агрегатов, холодильных установок, звукоизоляции помещений.

Пеностекло является грубодисперсной системой, газообразная дисперсная фаза которой распределена в меньшей по объему дисперсной среде - стекломассе. Газовая фаза в пеностекле занимает 80 - 95%, а стекловидная - соответственно 5 - 20% объема. В зависимости от химического состава применяемых газообразователей в газовой фазе пеностекла могут содержаться: углекислый газ, оксид углерода, сернистый газ, сероводород, пары воды, кислород, азот. Химический состав стекловидной фазы практически тот же, что и исходного стекольного порошка.

В зависимости от технологического режима обработки шихты, пеностекло может иметь замкнутые несообшающиеся, сообщающиеся или частично сообщающиеся газы. Видимые невооруженным глазом макропоры имеют приблизительно одинаковые размеры. Однако стенки, разделяющие поры, в свою очередь содержат большое количество микропор, различимых лишь при большом увеличении. Равномерная мелкопористая структура пеностекла обуславливает его сравнительного высокую механическую прочность и, что особенно важно малую теплопроводность, т.к. передача тепла конвекцией становится менее интенсивной со снижением диаметра пор изоляционного материала.

Теплоизоляционное пеностекло имеет преимущественно замкнутые  поры, а декоративно-акустическое - открытые поры. Пеностекло, предназначенное  для наружной облицовки зданий, получают нанесением на лицевую поверхность  пеностекла декоративных защитных покрытий либо непосредственным вспениванием специально подготовленных пенообразующих смесей, обеспечивающих мелкопористую структура и повышенную морозостойкость пеностекла. Пеностекло - это полностью неорганический теплоизоляционный материал, подвергнутый термообработке при 700 - 800оС. Он не горит, не поддерживает горение и относится к группе негорючих материалов. Таким образом, этот материал может значительно снизить пожароопасность зданий и сооружений, построенных с его применением, а в случае пожара будет препятствовать его распространению, что позволит значительно снизить ущерб. Положительным свойством пеностекла является его высокая водостойкость. При использовании цветной стекломассы получают декоративно-теплоизоляционное стекло. Этот материал легко поддаётся обработке. Недостатком ячеистого стекла является высокая стоимость. При его производстве больше удельные затраты труда, электроэнергии и топлива, чем при производстве других теплоизоляционных материалов. При распиловке и оправке пеностекла существенно уменьшается выход готовой продукции. Основным препятствием широкой организации производства пеностекла в России, является отсутствие технологии, обеспечивающей получение дешевого материала со свойствами, удовлетворяющими современным требовании.

Основные сведения

Пеностекло - высокопористый ячеистый материал, получаемый спеканием  тонкоизмельченного стеклянного порошка  и газообразователя. В зависимости  от технологии производства пеностекло обладает открытой или закрытой пористостью. Пористость различных видов пеностекла колеблется от 80 до 95%, размеры пор могут быть от 0,1 до 5 мм. Пеностекло выпускают в виде плит (блоков) размерами (мм) : длина 200-500; ширина 280-500; толщина 80, 100, 120. На российском рынке представлено пеностекло FOOMGLASS Бельгия)  и ГомельГЛАСС  (Белоруссия).

В зависимости от назначения пеностекло подразделяется на изоляционно-строительное, применяемое для изоляции стен и  кровли жилых, общественных и промышленных зданий, изоляционно-монтажное - для  утепления установок с отрицательными температурами, промышленного оборудования и трубопроводов, влагозащитное с водопоглощением не более 2% по объему, легкое для изоляции строительных конструкций и оборудования и гранулированное для засыпной теплоизоляции и как наполнитель пено-пластов. Влагозащитное пеностекло, применяемое в условиях глубокого холода, имеет замкнутые поры.

Обладая выигрышным сочетанием уникальных технических характеристик  и широкой сферой применения, пеностекло удовлетворяет всем основным требованиям  мирового строительного рынка.

·Экологическая безопасность.

Пеностекло является экологически чистыми и пожаробезопасным (негорючим) материалом (не выделяет токсичных  веществ в силу своего неорганического  состава, а температурный интервал колеблется от -30 С до +500 С), тогда как минераловатные плиты, пенополистирол, пенополиуритан, плиты на основе формальдегидных смол содержат в своём составе органическое связующее, вызывающее выделение токсичных веществ при нагревании.

·Качественная теплоизоляция.

Является превосходным теплоизоляционным материалом. Так, например, блок толщиной 120 мм обладает такими же теплоизоляционными свойствами, как кирпичная кладка толщиной 950 мм. Кроме того, пеностекло обладает коэффициентом теплоплопроводности равным 0,07 Вт/м.К. Температура изолируемой поверхности до +500°С в условиях относительной влажности до 97%.

Теплоизоляция из пеностекла в сравнении с другими материалами  более эффективна, экономична и не требует частых ремонтов. Применяется  для изоляции тепловых агрегатов, изотермических емкостей, холодильных установок, трубопроводов.

·Негигроскопичность.

При низкой плотности (190 кг/куб. м.), водопоглощение составляет 2-4% объема, что облегчает хранение и транспортировку данного продукта, а также повышает качество утепления.

·Долговечность.

Герметичная замкнутость стеклянных ячеек материала обуславливает его непроницаемость для пара и влаги, постоянство теплопроводности и прочности, высокую сопротивляемость выдуванию ветром в течение многих десятков лет. Кроме того, прочная ячеистая структура пеностекла делает его пригодным для изоляции поверхностей, находящихся под нагрузкой, предотвращая расслоение, усадку и набухание материала. Пеностекло не подвержено коррозии, гниению, разрушению грибком, вредителями, грызунами.

·Универсальность в  использовании.

Используется как теплоизоляционный  материал для строительства и  реконструкции жилых и общественных зданий и сооружений. С помощью  данного материала можно изолировать:

-внутренние и внешние  стены;

-фасады зданий методом  "сухого" крепления - фасадные  панели;

-полы с повышенными нагрузками;

-чердаки и чердачные перекрытия из бетонных плит;

-террасы "Зелёная крыша", паркинги на крышах, крыши сложной формы - скатные;

-макеты для выставок внутри и снаружи зданий, а также реконструировать исторические памятники.

Используется как тепло- и пароизоляционный материал для  производственных зданий и оборудования, находя своё применение в следующих  направлениях:

-промышленное строительство  и реконструкция;

-промышленное оборудование, трубопроводы, тепловые агрегаты;

-камины, дымовые каналы, резервуары;

-холодильные и кондиционирующие устройства;

-корабли, нефтеплатформы, понтонные мосты, спасательные приспособления;

-предприятия продукции животноводства и фармацевтики.

Пеностекло легко связывается  с прочими строительными материалами, как-то: цемент, алебастр, бетон, камень, кирпич строительная керамика, железо, железобетон. Исходя из этого, пеностекло можно применять в качестве заполнителя. Это позволяет резко снизить вес наружных стен и нагрузку на фундамент, удешевить строительство.

·Звукоизоляционный материал.

Исследования подтвердили, что пеностекло обладает высокими звукоизоляционными свойствами. Оно поглощает звуковые колебания разных частот. Его использование  увеличивает комфортность жилых  помещений.

·Строительный материал.

Обладая в полной мере комплексом термо- и звукоизоляционных  свойств при высокой прочности, а также совместимостью с другими  строительными материалами (цементом, алебастром, бетоном, природным камнем, строительной керамикой, металлами  и др.), пеностекло применяется как эффективный строительный материал:

-для тепло- и звукоизоляции  наружных стен жилых и промышленных  зданий;

-для тепло- и звукоизоляции  перекрытий и внутренних перегородок;

-в качестве легкого стенового материала (плотностью 180 кг/м3) при малоэтажном строительстве.

Использование пеностекла в строительстве зданий позволит снизить потери тепла в 2,5-3 раза.

Основные качества пеностекла:

-несгораемость - относится  к классу НГ - негорючий (высшая  категория). При нагреве не выделяет  токсичных веществ;

-низкое поглощение  воды, гигроскопичность, водопроницаемость.  Это позволяет увеличить надежность  всех систем;

-стабильность размеров и характеристик - они не изменяются в период эксплуатации, т.е. срок службы неограничен (исчезает необходимость ремонта и замены утеплителя в течении всего срока службы здания или сооружения);

-предельная стойкость ко всем обычно применяемым кислотам, не подвержен поражению бактериями и грибками, не проходим для грызунов;

-абсолютная экологическая чистота;

-предел прочности на сжатие при Т=300К, не менее 0,7 МПа;

-теплопроводность при Т=300К, не более 0,08 Вт/м*К;

-плотность, не более 250 кг/м3 ;

-водопоглощение, не более 5%;

-морозостойкость, не менее 50 циклов;

-диапазон температур применения -260 о С +485оС;

-шумопоглoщение - до 56 дБ, в зависимости от конструкции.

Рассмотрим свойства пеностекла подробнее.

·Негорючий материал.

Пеностекло - это полностью  неорганический теплоизоляционный  материал, подвергнутый термообработке при 700-800 градусах по Цельсию. Согласно ПРОТОКОЛА № 23 т/ф от 03.04.2000 г. Испытательной пожарной лаборатории он не горит, не поддерживает горение и относится к группе негорючих материалов (НГ). Таким образом, этот материал может значительно снизить пожароопасность зданий и сооружений, построенных с его применением, а в случае пожара будет препятствовать его распространению, что позволит значительно снизить ущерб.

·Водонепроницаемый материал.

Пеностекло - это закрыто  ячеистый водонепроницаемый материал с плотностью 150-600 кг/м, состоящий  из большого количества стеклянных ячеек, механическое разрушение даже некоторой части которых не приводит к потери его плавучести. Этот материал может применяться как для одновременной гидро- и теплоизоляции (кровли, парковки, пандусы и др.), так и для создания плавучих конструкций различного назначения.

·Жесткий и легкообрабатываемый  материал.

Пеностекло - это материал, который благодаря своей ячеистой структуре и свойств стекла является достаточно жестким и упругим  материалом. Предел прочности на сжатие зависит от плотности материала, и изменяется в пределах от 10 до 120 кгс/см. Наряду с этим, пеностекло легко обрабатывается, что позволяет создавать изделия любой формы.

·Химически инертный материал.

Пеностекло - это стеклянная пена. Именно поэтому, его химическая стойкость будет соответствовать стойкости стекла, т.е. оно будет инертно во всех средах за исключением растворов сильных щелочей и плавиковой кислоты. Химическая стойкость материала наряду с его жесткостью, негорючестью, легкостью, паро- и водонепроницаемостью делает его незаменимым для использования в качестве теплоизоляции в агрессивных средах.

·Экологически чистый материал.

Пеностекло - это стеклянная пена, т.е. монолитный ячеистый неорганический материал. Экологическая чистота  пеностекла позволяет его широко использовать в пищевой и фармацевтической промышленности. Кроме того, само производство пеностекла имеет экологическую направленность, т.к. позволяет использовать любой стеклобой и отходы стекольного производства, а применение пеностекла позволит отказаться от экологически опасных теплоизоляционных материалов, например, асбестосодержащих, или экологически вредного и пожароопасного пенопласта и др.

·Неприступен для грызунов.

Пеностекло - это экологически чистая закрыто ячеистая стеклянная пена, не содержащая органических соединений. Именно поэтому, этот материал недоступен для грызунов и не может являться укрытием для насекомых. Таким образом, пеностекло может быть достаточно эффективным при строительстве складов, хранилищ пищевых продуктов, изоляции холодильных камер и т.п.

Материал

Для производства пеностекла используют стекломассу, сваренную  из следующих исходных материалов: кварцевого песка, известняка,  соды и сульфата натрия. Можно также  использовать отходы стекольного производства - стекольный бой или бой стекла следующего химического состава (%): SiО2 - 60-72; СаО-4,5-6; MgO - 1,5-3,5; Na2 О - 13-15; А12О3 - 0 ,8-2; Fe2O3 - 0-2,5; SO3 - 0,4-0,5.

Стекломассу, сваренную  в ванной печи, превращают в гранулы. Для этого ее сливают на металлический конвейер и обильно орошают водой.

В качестве газообразователей  применяют следующие материалы (% от массы стекла) : антрацит - 1,5-2; кокс - 2-3; торфяной полукокс; известняк или  мраморную крошку - 1-1,5; ламповую сажу - 0,2-0,5

Способы изготовления пеностекла

Порошковый способ изготовления пеностекла

Тонко измельченное в  порошок стекло с добавкой газообразователя нагревают до 700-850°С; выделяющийся при  такой температуре газ вспенивает размягченное стекло. В процессе порообразования  вся масса представляет собой пластичную вязкую смесь, в которой равномерно распределен газообразователь, а выделяющийся газ создает устойчивую и равномерную стекольную пену. Образовавшаяся высокопористая структура закрепляется быстрым твердением стекла в процессе охлаждения изделия. Затвердевшее пеностекло отжигают, а затем подвергают механической обработке.

Если в качестве сырья  используют бой и отходы стекольного  производства, то эти материалы дробят в щековой дробилке, промывают  в боемойке и сушат в барабане. После этого стекло измельчают в молотковой дробилке.

Шихту, состоящую из стекломассы  и газообразователя, готовят в  шаровых двухкамерных мельницах  непрерывного действия, где ее дополнительно  измельчают до удельной поверхности 6000-7000 см2/г и перемешивают. Чем меньше частицы стеклянного порошка, тем однороднее поры и тем они равномернее распределены в материале. При этом материал получается более прочным. Тонкость помола определяют остатком порошка при просеивании на сите с 10 000 отв./см2; остаток должен быть не более 10% от массы порошка. При более тонком помоле увеличивается расход энергии на помол. Производительность мельницы 1200 кг/ч.

Таблица   4.37

Характеристика теплоизоляционного пеностекла

Основная технологическая  задача в производстве пеностекла - вспенивание стекольной шихты, в результате чего материал приобретает ячеистое строение. Для вспенивания применяют формы из жаростойкого металла, состоящие из одинаковых полуформ. Нижняя полуформа имеет выдвижное днище, облегчающее извлечение блоков. Перед засыпкой шихты внутренние поверхности форм смазывают составом, приготовленным из каолина, асбеста и воды соответственно в соотношении 2:1:1 (мас. ч.) . Это обеспечивает хорошую выемку блоков из формы. Наполненные шихтой формы поступают в печь вспенивания, где нагреваются до температуры, необходимой для размягчения стекла и разложения или сгорания газообразователя и выделения газа.

Печи вспенивания длиной 18,6 м и шириной около 3,5 м, относящиеся к туннельным, имеют три зоны: подогрева и вспенивания; резкого охлаждения и стабилизации. Зона подогрева и вспенивания длиной около 10 м снабжена шестью парами горелок; зона резкого охлаждения имеет длину 1,2 м; зона стабилизации длиной около 4 м снабжена четырьмя парами горелок. Отапливаются печи газом или жидким топливом. Формы с шихтой, установленные в один ряд по высоте и в два или три по ширине, перемещаются на роликовом конвейере или на специальных ползунах по металлическим направляющим. При выходе из печи из форм извлекают блоки, которые передают в печь отжига, а формы снова загружают шихтой и направляют в печь для вспенивания.

Топки расположены под  подом печи и покрыты сверху металлическими жаростойкими плитами, через которые  нагреваются днища форм. С целью  обеспечения постоянной заданной температуры  в зонах вспенивания и стабилизации горелки расположены в шахматном порядке.

Для отжига блоки устанавливаются  на сетчатый конвейер и направляются в конвейерную печь (лер) длиной 30 м и шириной в свету 1,8 м. В  печи отжига блоки располагают вертикально (на ребро) в решетчатые кассеты по три в ряд по ширине конвейерной сетки. Скорость движения сетки 0,0 6 м/мин. Общая продолжительность отжига 10 ч, скорость снижения температуры по длине печи отжига 0,5-1°С/мин.

Опиловка готовых блоков производится на конвейере , снабженном по краям дисковыми алмазными пилами. Упаковка блоков осуществляется в деревянную решетчатую тару, куда они укладываются на торец, в один ряд по высоте, по семь блоков в ряду. Хранение пеностекла предусматривается в крытых неотапливаемых складах.

Рассмотренная технология, состоящая из вспенивания и отжига в различных печах, называется двухстадийной. Для вспенивания и отжига применяют также одностадийную технологию производства пеностекла в туннельной печи. На вагонетку устанавливается 20 форм по пять рядов по высоте без перевязки. В каждую форму засыпается шихта.

Общее время вспенивания  и отжига 21-22 ч. Температурный режим  характеризуется быстрым подъемом температуры до 800-830°С, непродолжительной  выдержкой при наивысших значениях  температуры и значительным периодом отжига пеностекла, который заключается в его медленном охлаждении. Благодаря отжигу происходит равномерное сокращение объема блоков, что предохраняет их от вредных напряжений и растрескивания.

Конвейерный способ производства пеностекла

Способ заключается в том, что материал спекается без форм на пластинчатом конвейере из жаростойких элементов или из металлической жаростойкой ленты в печи вспенивания. При выходе из печи от непрерывно движущегося бруса отрезают куски определенной длины, которые автоматически подаются в печь отжига. Чтобы придать плитам из пеностекла точные размеры и товарный вид, их подвергают механической обработке на опиловочных или шлифовальных станках, которые оборудованы пылеотсасывающими устройствами. Режут плиты на маятниковых или каретных пилах.

Двухстадийный способ производства пеностекла наиболее совершенный по сравнению с одностадийным и  конвейерным, так как пеностекло получается высокого качества при хороших  технико-экономических показателях.

Для снижения плотности и получения легкого пеностекла вспениванию подвергают гранулированную пенообразующую смесь, полученную путем гидратации стеклянного порошка. Продолжительность нагрева и вспенивания при этом сокращается. Такой способ приготовления пенообразующей смеси расширяет сырьевую базу, так как позволяет использовать в качестве сырья отходы стекольного производства и утильный стеклобой. Основное технологическое оборудование (мельницы, печи вспенивания и отжига) остается без изменений. При вспенивании такой гранулированной пенообразующей смеси получают гранулированное пеностекло во вращающихся печах.

Изделия из пеностекла.

Производство засыпного  утеплителя (аналога сверхлегкого керамзита  в виде гранулированного пеностекла)

 Достоинством предлагаемой  технологии по сравнению с известными технологиями производства пеностекла является исключение крайне дорогостоящих операций с получением силикат глыбы и жидкого стекла в одном варианте или производство (варка) стекла специального состава в другом варианте и его совместному помолу (или помолу стеклобоя) со вспучивающими добавками до микронной фракции. Также исключены операции автоклавного получения жидкого стекла из кварцевого песка или трепела. Нам удалось совместить вышеуказанные операции в одном технологическом процессе. Получаемая продукция – легкие, высокопрочные, остеклованные гранулы светлого цвета, имеющие гладкую блестящую поверхность. Степень остеклованности гранул регулируется от стеклокерамики до полного стекла. По предлагаемой технологии операция обжига производится при температуре 650-850 градусов, что значительно ниже температуры (1260 град.) обжига керамзита по традиционной технологии.

Основные технологические  операции:

• - подготовка сырья 

 • - смешение со  щелочью 

 • - изготовление  гранул на грануляторе 

 • - сушка гранул

 • - обжиг гранул  с одновременным вспучиванием (продукция  - гранулы от 5 до 30мм) 

 Общая длительность  технологического процесса от  добычи сырья до получения  готовой продукции составляет  около двух часов.

Характеристики:

 • Насыпная плотность – 90 – 400 кг/м3 (насыпная плотность 90 кг/м3 указана для гранул фракции 10-15мм)

 • Прочность на  сжатие – 5 – 60 кг/см2

 • Теплопроводность  – 0,05 – 0,15 вт*м/град К0 

 • Водопоглощение  – менее 5% по объёму за сутки  при полном погружении 

 • Морозостойкость – более100 циклов 

 Получаемая продукция  стойка к действию кислот и  щелочей, а также не подвержена  силикатному распаду.

 При использовании  пигментов продукция может быть  окрашена в различные цвета.

 Предлагаемая технология  может быть использована как при создании новых предприятий, так и при реконструкции существующих предприятий по производству керамзита.

 Засыпной утеплитель  может быть использован в качестве  теплоизоляции при утеплении  чердаков, стен, подвалов в промышленном  и гражданском строительстве, а также в качестве наполнителя при изготовлении керамзитобетонных блоков и в панельном домостроении.

 Технология производства  засыпного утеплителя является  наиболее простой и дешевой  в промышленном освоении из  предлагаемых технологий. Данная  технология предполагает высокую степень автоматизации производства и минимальное количество работников, что дополнительно снижает затраты на производство.

 Указанная технология  позволяет получать при обжиге  плиты и блоки путем одновременного  вспучивания и спекания между собой высушенных гранул в формах или на полотне конвейера. В этом варианте качество получаемой продукции несколько ниже, чем у блоков поризованных по всему объёму.

 Засыпной утеплитель.

Производство теплоизоляционных  и конструкционно-теплоизоляционных поризованных материалов в виде плит и блоков (пеностеклокерамика, пеностекло).

 Основные технологические  операции:

 • - подготовка  сырья 

 • - смешение со  щелочью 

 • - сушка полученной  смеси (шихты) 

 • - дробление шихты 

 • - засыпка дробленой  шихты в формы или на полотно конвейера

 • - обжиг  

 Общая длительность  технологического процесса от  добычи сырья до получения  готовой продукции составляет 6 - 12 часов (без учета времени  охлаждения). Время охлаждения зависит  от геометрических размеров получаемой продукции – чем больше размер получаемых блоков, тем больше время охлаждения.

 Достоинством предлагаемой  технологии по сравнению с  известными технологиями производства  пеностекла является исключение  крайне дорогостоящих операций  по производству стекла специального состава и его помолу (или помолу стеклобоя) до микронной фракции. Также исключены дополнительные операции автоклавного получения жидкого стекла из кварцевого песка или трепела. Нам удалось совместить вышеуказанные операции в одном технологическом процессе. Получаемая продукция – плиты или блоки. Максимальный размер полученных изделий на имеющемся оборудовании (L,B,H) 1200*600*400 мм. По предлагаемой технологии операция обжига производится при температуре 650-850 градусов.

Характеристики:

• Плотность – 120 – 400 кг/м3

 • Прочность на  сжатие – 8 – 60 кг/см2

 • Теплопроводность  – 0,05 – 0,15 вт*м/град К0 

 • Водопоглощение  – менее 5% по объёму за сутки  при полном погружении 

 • Морозостойкость  – более 100 циклов 

 • Температурный  интервал применения – до 6000С