Термозащитные и теплоизоляционные материалы

Краткий справочник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»

Термозащитные и теплоизоляционные материалы. Различные отрасли народного хозяйства испытывают острую необходимость в футеровочных огнеупорных материалах, весьма дефицитных из-за использования дорогостоящего сырья. Другая проблема - обеспечение долговечности, то есть сохранения первоначального их качества в условиях высоких температур и сочетания этих факторов. Исследования Самарской строительной академии позволили разработать способ подбора композиции термозащитных материалов, использования монолитных футеровок в виде жаростойких бетонов. Выбор жаростойких связующих и заполнителей производится исходя из условий службы футеровок, то есть с учетом агрессивности среды. Подбор жаростойкой композиции (цементный камень, раствор, бетон) следует производить по минимальной величине электропроводности при высоких температурах. Оптимизация связующих осуществляется с помощью различных огнеупорных тонкомолотых добавок. Целью проектирования состава может быть выбрана электропроводность как определяющий фактор, от которого зависят другие свойства: прочность в нагретом состоянии, термостойкость, температурная деформация под нагрузкой, химическая стойкость.

Конструирование высокотемпературных устройств неразрывно связано с созданием новых материалов, к которым относятся стойкие к термоударам покрытия, выполненные на подложках из жаростойких сплавов. В настоящее время широко распространены покрытия на основе кремнийорганических полимеров, наполненных порошками тугоплавких материалов. Однако такие покрытия не обладают достаточной адгезией, обеспечивающей стойкость в уело-

виях многократных термоударов со скоростью подъема температуры 1000 °С /с и выше. С целью повышения адгезии Пензенским инженерно-строительным университетом рекомендуется вводить в полимеры комплексную добавку -этилацетоацетат (Сб НюОз) или диацетилметан (C5H8O2). Эффект повышения адгезии обеспечивается образованием комплексных хелатных соединений, возникающих при взаимодействии добавки с металлической подложкой. Хела-тообразование характерно лишь для металлов с переменной валентностью ( железа, никеля, титана, хрома, молибдена и других ), которые входят в состав жаростойких сплавов. Хелатные соединения, прочно связываясь с атомами металла за счет образования оксидных связей, своими органическими радикалами взаимодействуют с молекулами полимера. По существу они образуют буферную зону, обеспечивающую повышение адгезии.

Формирование покрытия происходит следующим образом. Полимерная сырьевая смесь наносится на поверхность металла. В процессе обжига исходного покрытия при термоударе в рабочих условиях применения устройства (например, в момент пуска газовой турбины) происходит выгорание его органической части и образование матричного жесткого каркаса из оксидов, карбидов и нитридов кремния. В свою очередь частицы оксидов кремния и алюминия, входящие в состав смеси порошков наполнителя, взаимодействуют с матричным каркасом и, спекаясь с ним, образуют зернистый силикатный и алюмосиликатный керамический материал.

В результате исследований НИИ вяжущих веществ и материалов имени В.Д. Глуховского получены жаро- и теплоизоляционные материалы путем направленного формирования заданного фазового состава новообразований. Материалы представляют собой алюмосиликатные композиции на основе высокомодульных натриевых растворимых стекол и глиноземосодержащего компонента. Термозащитные покрытия наносятся как на металл, так и на керамическую подложку. Особенностью этих материалов является то, что после нанесения композиции на подложку и термообработки при температуре 500....800 °С происходит вспучивание покрытия с увеличением объема в 15...20 раз. Полученный материал ячеисто-сотовой структуры характеризуется гладкой наружной поверхностью. Модифицирование алюмосиликатных композиций различными гидратсодержащими наполнителями способствует расширению диапазона использования данных покрытий. Изменяя минералогический состав исходных компонентов, возможно варьировать величиной коэффициента вспучивания от кв=15 до кв=30 и коэффициента теплопроводности А,=0.2 ... 0.4 ВТУ(м-К).

Санкт-Петербургским инженерно-строительным университетом разработан состав огнеупорного покрытия для металлических конструкций, главными компонентами которого являются портландцемент и вермикулит. Целостность покрытия при пожаре, антикоррозионные свойства, надлежащее сцепление с основанием обеспечиваются введением добавок. Материал представляет собой

сухую смесь, затворяемую водой перед применением. Нанесение может осуществляться механическим набрызгом или вручную.

Ульяновским техническим и Санкт-Петербургским инженерно-строительным университетами разработана технология получения крупноразмерных керамических теплоизоляционных изделий. Она основана на использовании плотных упаковок пористых заполнителей в составах смесей, способов снижения водопоглощения заполнителей, состава смесей, применении безвибрационных способов формования изделий, их сушки и обжига в электрических печах, использовании вакуума.

Для защиты древесины от огня в НИИВМ им. В.Д. Глуховского разработано огнезащитное покрытие на основе щелочного алюмосиликатного связующего и термостойкого минерального наполнителя. Разработанный состав покрытия характеризуется следующими параметрами: условной вязкостью связующего по ВЗ 246 32 ... 40 с, жизнеспособностью 24 часа, водостойкостью, огнестойкостью 1100 °С и высокой адгезией к древесине. Состав не токсичен при нанесении и эксплуатации.

Покрытие обладает повышенной огнестойкостью, низкой материале- и энергоемкостью, не токсично по сравнению с традиционно используемым фосфатным покрытием.

Заслуживает внимания теплоизоляционный материал на основе базальтового волокна и щелочного алюмосиликатного связующего, полученный по новому способу. Материал получают методом вакуумной экструзии с применением «вакуумного удара», заключающегося в попеременных герметизации образца и снятии этой вакуумной защиты. Данным методом получены, наряду с жесткими по виду изделиями, мягкие и полужесткие, в то время как на традиционных минеральных связующих возможно получение только изделий повышенной жесткости и твердых.

В сравнении с аналогичными теплоизоляционными изделиями на органических связующих разработанный материал имеет следующие преимущества: долговечен, не токсичен, не горюч, может использоваться в более широком интервале - от минус 40 °С до 800 °С, имеет более низкую стоимость.