СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ
RAW MIXTURE FOR MANUFACTURING THERMAL INSULATION

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к сырьевым смесям для изготовления теплоизоляции, применяемой в промышленных тепловых агрегатах различного назначения.
Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляции торкретированием, включающая связующее - жидкое стекло, отвердитель, заполнитель - керамзитовый песок и вспученный вермикулит (предварительно нагретый при температуре 300-350°С), при следующем соотношении компонентов, мас.%:
жидкое стекло
2-8
отвердитель
3-10
керамзитовый песок
10-30
вермикулит (предварительно нагретый
при температуре 300-350°С)
52-85
(см. пат. RU №722882 от 02.03.1978, опубл. 25.03.1980).
Объем теплоизоляционного слоя на основе данной сырьевой смеси при воздействии температуры выше 350°С увеличивается за счет довспучивания вермикулитовой руды, что зачастую приводит к его растрескиванию и разрушению, что является основным недостатком данной смеси.
Известна также сырьевая смесь для изготовления теплоизоляции торкретированием или формированием, включающая связующее - жидкое стекло, волокнистый заполнитель - асбестовые отходы, вспученный вермикулит и тонкомолотая топливная золошлаковая смесь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
жидкое стекло
25-32
асбестовые отходы
41-55
вспученный вермикулит
3-6
тонкомолотая топливная золошлаковая смесь
17-21
(см. пат. RU №1203059 от 05.07.1984, опубл. 07.01.1986).
Недостатком данной смеси является относительно невысокая температура ее применения (не выше 600°С), недостаточно высокая термостойкость и значительная (до 2%) линейная усадка при максимальной температуре применения.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой сырьевой смеси для изготовления теплоизоляции является сырьевая смесь для изготовления теплоизоляции (теплоизоляционных изделий), включающая связующее - жидкое стекло и глину, вспученный вермикулит и волокнистый заполнитель (стекловолокно), при следующем соотношении компонентов, мас.%:
стекловолокно
70-80
глина
5-15
вспученный вермикулит
5-10
жидкое стекло
5-10
(см. пат. RU №2104252 от 24.01.1996, опубл. 10.02.1998).
Недостатком этой смеси является достаточно высокая теплопроводность материала, невысокая термическая стойкость его и значительная линейная усадка при максимальной температуре эксплуатации.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение теплопроводности, увеличение термической стойкости теплоизоляции и снижение ее линейной температурной усадки при максимальной температуре эксплуатации.
Поставленный технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления теплоизоляции, включающая связующее, вспученный вермикулит и волокнистый заполнитель, согласно изобретению в качестве связующего содержит портландцемент, в качестве волокнистого заполнителя - базальтовую фибру, дополнительно содержит микрокремнезем и комплексную добавку - модифицированную гидрооксиэтилцеллюлозу, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
связующее (портландцемент)
46-53
вспученный вермикулит
21-25
базальтовая фибра
16-21
микрокремнезем
8-10
а комплексная добавка - модифицированная гидрооксиэтилцеллюлоза - 0,4-07 от массы связующего.
Предлагаемая сырьевая смесь для изготовления теплоизоляции расширяет гамму средств теплоизоляции и обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик теплоизоляции, достигаемых всей совокупностью компонентов и их соотношением в соответствии с отличительными признаками формулы изобретения, а именно: увеличение термической стойкости теплоизоляции, а также снижение теплопроводности и снижение линейной температурной усадки при максимальной температуре эксплуатации.
Введение в предлагаемую сырьевую массу базальтовой фибры, микрокремнезема и комплексной добавки - модифицированной гидрооксиэтилцеллюлозы, способствует созданию в зернисто-волокнистой структуре теплоизоляционного материала дисперсно-армированной матрицы с повышенным сопротивлением термоудару и одновременному повышению ее сопротивлению теплопередачи.
Проведенные патентные исследования не выявили сходных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне заявляемого технического решения.
Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, оборудованием и технологией), необходимыми для получения предлагаемой сырьевой смеси для изготовления теплоизоляции и широкого использования ее в промышленности для высокотемпературной теплоизоляции в тепловых агрегатах различного назначения с температурой изолируемой поверхности до 900°С.
Сущность заявляемого изобретения поясняется проведенными экспериментами и полученными результатами.
Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляции содержит: связующее -портландцемент (ГОСТ 10178-85), вспученный вермикулит (ГОСТ 12865-67), волокнистый заполнитель - базальтовая фибра, микрокремнезем и комплексную добавку - модифицированную гидрооксиэтилцеллюлозу, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
связующее (портландцемент)
46-53
вспученный вермикулит
21-25
базальтовая фибра
16-21
микрокремнезем
8-10
а комплексная добавка - модифицированная гидрооксиэтилцеллюлоза - 0,4-07 от массы связующего.
Волокнистый заполнитель - базальтовая фибра (ТУ 5952-036-05328981-2005 «Нить базальтовая рубленая») - имеет следующие технические характеристики:
диаметр единичного волокна, мкм
13-17
длина волокна, мм
0,6-1
массовая доля замасливания, не более, %
0,3
массовая доля влаги, не более, %
1
гигроскопичность не более, %
2
содержание веществ, удаляемых при
прокаливании, не более, %
0,3
Характерными свойствами базальтовой фибры являются:
- экологическая чистота;
- стойкость к агрессивным средам;
- высокая прочность и долговечность;
- абсолютная негорючесть.
Микрокремнезем представляет мелкодисперсный продукт, образующийся при производстве кремнесодержащих сплавов и представляющий собой диоксид кремния аморфной модификации. Микрокремнезем производится в соответствии с ТУ 5743-048-02495332-96 и имеет следующие технические характеристики:
насыпная плотность, кг/м<sup>3</sup>
110-120
влажность, %
3
потери при прокаливании, %
1,58
индекс активности, %
110
содержание SiO<sub>2</sub>,
84,9-86,2
содержание СаО,
0,75-0,78
Комплексная добавка - модифицированная гидрооксиэтилцеллюлоза - является продуктом, получаемым путем обработки природного органического сырья, размолотого в порошок и перемешанного с натриевым щелоком и этерифицированного затем с метилхлоридом и этиленоксидом.
6
7
02
3-х
2
5
X
n
Таким образом, основой модифицированной гидрооксиэтилцеллюлозы является этилцеллюлоза [(СНО(ОН)ОСН)]. Точный состав этого продукта является «ноу-хау».
При проведении экспериментов компоненты для получения сырьевой смеси были взяты в соотношении, мас.%, указанном в табл.1.
Таблица 1
Компоненты
Номер состава и содержание компонентов в соотношении, мас.%
1
2
3
Связующее - портландцемент М 400
46
49,5
53
Вспученный вермикулит
25
23
21
Базальтовая фибра
21
18,5
16
Микрокремнезем
8
9
10
Комплексная добавка - модифицированная гидрооксиэтилцеллюлоза (от массы связующего)
0,4
0,55
0,7
Сырьевую смесь для изготовления теплоизоляции готовят следующим образом. В смеситель вводят отдозированное количество связующего портландцемента М 400, микрокремнезема и модифицированной гидрооксиэтилцеллюлозы, затем вводят вспученный вермикулит и базальтовую фибру. После этого в смеситель подается необходимое количество воды. Необходимое количество воды затворения составляет в среднем 960 литров на 1 тонну сухой смеси, что соответствует водоцементному отношению в пределах 2,20-2,25. Это объясняется высоким содержанием в исходной сырьевой смеси пористого (вспученный вермикулит) и волокнистого (базальтовая фибра) заполнителей. Смешивание продолжают до получения однородной (гомогенной) массы.
Основные свойства теплоизоляции на основе предлагаемых сырьевых смесей приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства
Номер состава и показатели свойств
1
2
3
Плотность материала, кг/м<sup>3</sup>
310
315
320
Термическая стойкость (кол-во циклов воздушных теплосмен) 25±5°С - 800°С
95
116
127
Линейная температурная усадка при Т=800°С
0,10
0,27
0,16
Теплопроводность при Т=600°С, Вт/м·К
0,110
0,132
1,51
Температура применения, °С
900
900
900
Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляции обеспечивает:
плотность материала, кг/м<sup>3</sup>
310-320
термическая стойкость (количество циклов воздушных теплосмен) 25±5°С-800°С
95-127
линейная температурная усадка при Т=900°С
0,1-0,16
теплопроводность при Т=600°С, Вт/м·К
0,110-0,151
температура применения, °С
900
Снижение содержания связующего менее 46% не обеспечивает получение необходимых прочностных характеристик материала, а увеличение его содержания свыше 53% приводит к увеличению средней плотности материала и росту теплопроводности.
Снижение содержания вспученного вермикулита менее 21% приводит к снижению термической стойкости теплоизоляции, а увеличение его содержания свыше 25% не позволяет изготавливать покрытие заявляемых свойств.
Снижение в сырьевой смеси для изготовления теплоизоляции содержания базальтовой фибры менее 16% приводит к росту линейной температурной усадки материала, а увеличение более 21% - к снижению прочностных характеристик материала.
Снижение содержания микрокремнезема менее 8% приводит к росту линейной температурной усадки, а увеличение его содержания более 10% приводит к снижению термической стойкости материала.
Снижение содержания модифицированной гидрооксиэтилцеллюлозы менее 0,4% от массы связующего приводит к снижению термической стойкости материала, а увеличение ее содержания более 0,7% - к росту линейной температурной усадки материала.
Испытания предлагаемой сырьевой смеси были проведены при изготовлении теплоизоляции высотных дымовых металлических труб.