способ получения пеностекла и состав для пеностекла

Разновидности пеностекла

В индивидуальном и градостроительстве используется два вида этого утеплителя:

• Блочное пеностекло – имеет форму плит и ячеистую структуру. Используется для теплоизоляции цоколя, фасада, отмостки, межэтажного перекрытия, фундамента, трубопровода, потолков. Плита не дает усадки, потому может использоваться как базовый строительный материал.
• Гранулированное пеностекло – имеет форму небольших гранул в виде сферы, либо напоминает формы гравия или песка. Размер фракций от 1 до 20 мм. Используется для теплоизоляции межкомнатных стен, перекрытий и полов.

Несмотря на различия в сферах использования и технологии производства, обе формы материала обеспечивают качественное утепление и обладают одинаковыми техническими характеристиками.

Формула изобретения

1. Способ получения пеностекла, включающий приготовление состава для получения пеностекла путем совместного измельчения соли карбоната с тонкомолотой стеклянной шихтой, получение состава в виде водной суспензии с последующими сушкой, пенообразованием и термообработкой, отличающийся тем, что при совместном измельчении с тонкомолотой стеклянной шихтой используют смесь карбоната кальция с каолином, водную суспензию концентрацией 10-30% получают путем распыления водного раствора нитрата натрия и растворимого стекла на поверхность совместно измельченной стеклянной шихты, карбоната кальция и каолина при постоянном перемешивании в грануляторе-смесителе турболопастном, сушку полученной водной суспензии осуществляют в барабанной сушилке до остаточной влажности 5,0-6,6%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пенообразование состава производят на движущейся со скоростью 5-20 м/ч непрерывной транспортерной ленте, после чего производят резку на блоки при температуре 600-700°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пенообразование осуществляют в трубчатых печах при температуре 850-950°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав для получения пеностекла после сушки в барабанной сушилке представляет собой смесь гранул размером 300-500 мкм.

5. Состав для пеностекла, получаемого по пп.1-4, включающий тонкомолотую стеклянную шихту, пенообразующую смесь на основе соли карбоната, растворимого стекла и воды, отличающийся тем, что дополнительно содержит нитрат натрия и каолин при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

6. Состав по п.5, отличающийся тем, что удельная поверхность тонкомолотой стеклянной шихты составляет 5000-7000 см2/г.

7. Состав по п.5, отличающийся тем, что карбонат кальция представляет продукт природного происхождения.

Особенности производства плит

Пеностекло выпускают в двух формах – блоках и гранулах. Основное сырье получают боем бутылочного и оконного стекла. Это позволяет использовать технологию вторичной переработки сырья, так как стекло разлагается достаточно долго.

После очистки и сортировки, стеклянный бой проходит измельчение до состояния порошка. Для вспенивания, во фракцию добавляют углерод и нагревают смесь до тысячи градусов. При этой температуре газ улетучивается, а стекломасса вспенивается.

Нагретая стекломасса представляет собой вязкую смесь, которая после извлечения из печи затвердевает и подвергается обжигу.

Таким образом, технологическая схема от сырья до готового продукта содержит:

• Очистку стекла;
• Сортировку сырья;
• Плавление стекломассы;
• Пропускание газа;
• Охлаждение;
• Обжиг готовой плиты.

[ads-pc-3]

Виды пеностекла и его свойства

Пеностекло выпускают в 2-х видах: блоки и гранулы.

Блоки обычно имеют длину от 200 до 600 мм, ширину от 125 до 400 мм и толщину от 60 до 120 мм.

Гранулированный материал имеет форму окатанных гранул различной фракции и используется для теплоизолирующей засыпки кровель, полов, наружных стен и перегородок. Нередко их также используют как заполнитель в теплых штукатурных и кладочных растворах.

Технические характеристики материал таковы:

• плотность — от 120 до 200 кг/куб. м;
• теплопроводность – от 0,04 до 0,08 Вт/(мК);
• прочность на сжатие — от 0,7 до 4 Мпа;
• прочность на изгиб – от 0,4 до 0, 6 Мпа;
• паропроницаемость – от 0 до 0,005 (м.ч.Па);
• сорбционная влажность – от 0,2 до 0,5 %;
• водопоглощение от 0 до 5% от объема
• шумополощние – до 56 Дб;
• температура начала процесса деформации – 450 градусов;
• диапазон рабочих температур – от -200 до +500 градусов.

Свойства материала

Благодаря таким характеристикам, материал имеет такое свойство как долговечность.

Срок эксплуатации блоков с сохранением первоначальных характеристик превышает 100 лет, что сравнимо со сроком эксплуатации здания. Это обусловлено тем, что материал стойко противостоит таким активным факторам, проявляющимся с течением времени, как:

• окисление – кислород воздуха даже в малой степени не может воздействовать на оксиды, их которых состоит стекло;
• эрозия – невозможна по той причине, что в составе материала нет растворимых компонентов;
• биологические факторы – пеностекло не содержит питательных сред, необходимых для развития плесени, грибка или бактерий, а а также не разрушается корнями растений;
• замерзание – материал состоит из замкнутых ячеек, исключающих попадание влаги;
• деформации – материал совершенно не деформируется, поэтому не имеет усадки и провисаний;
• прочность – пеностекло является самым прочным из наиболее эффективных утеплителей (его прочность на сжатие в разы выше, чем у пенопласта или волокнистых материалов);
• стойкость к воздействию химических веществ (кроме плавиковой кислоты);
• стабильность физических характеристик;
• пеностекло является непроходимым барьером для насекомых и грызунов;
• огнестойкость и негорючесть;
• влагонепроницаемость обусловлена герметичностью ячеек, стенки которых не пропускают воду;
• экологическая чистота и безопасность материала позволяют использовать его для зданий медицинского и пищевого назначения;
• простота обработки, способность склеиваться при использовании, битума, клея или любого типа строительной смеси.

Производство гранул

[ads-pc-4]

Технология изготовления гранулированного пеностекла несколько отличается. После очистки и сортировки сырья, оно проходит следующую обработку:

• Расплавление при высоких температурах;
• Разливание в окатанные заготовки;
• Вспенивание во вращающейся печи;
• Охлаждение и обжиг готовых гранул.

Гранулированное пеностекло по объему превосходит взятое сырье в 15 раз. Также следует отличать утеплитель от жидкого стекла, которое производится при более низких температурах быстрым удалением воды и газообразных веществ. Жидкое стекло не является утеплителем и неустойчиво даже при воздействии воды.

Технические характеристики

Несмотря на жесткость материала, он обладает достаточно низкой теплопроводностью, а значит – хорошими показателями теплоизоляции. Основные характеристики пеностекла:

• Теплопроводность материала 0,04 Вт/м*с. По сравнению с древесиной, теплопроводность пеностекла в два раза ниже, а теплоизоляционные свойства – в два раза лучше. Теплопроводность популярной в утеплении минеральной ваты выше на тридцать процентов. Такие показатели пеностекла обусловлены ячеистой структурой.
• Температурная устойчивость. Плита способна выдержать предельную температуру 300 оС без деформации и деструкции материала. В процессе производства в стекломассу могут добавляться вещества, увеличивающие термостойкость втрое. Низшая предельная температура, при которой не происходит деструкция материала -200оС.

• Прочность материала. На один квадратный метр материал выдерживает нагрузку от 40 до 100 тонн или 0,5-1,2 Мпа. В процессе эксплуатации этот параметр не изменяется. Но в отношении ударной прочности материал несколько проигрывает перед своими аналогами, так как его можно разбить приложением механической силы.
• Плотность пеностекла колеблется в пределах от 100 до 250 кг/м3. Для сравнения, у сухой древесины плотность равна от 550 до 750 кг/м3.

• Звукоизоляция материала сравнима с аналогичным показателем минеральной ваты – пеностекло справляется со звуковыми волнами в 45-56 дБ.
• Показатель проницаемости пара у материала 0,005 мг/(м*ч*Па), что позволяет использовать пеностекло как пароизолятор.
• Влагостойкость блоков равно двум процентам от объема блока, сам материал не вступает во взаимодействие с водой и не деформируется под ее воздействием.

• Химическая устойчивость пеностекла обнаружена по отношению к кислотам, щелочам, газам и нефтепродуктам, а также к строительным смесям. Деформируется только под действием фторводородной кислоты, которая в быту практически не используется из-за своей высокой токсичности.
• Биологическая устойчивость пеностекла перед насекомыми, грызунами и грибковыми колониями достаточно высока, что дает ему преимущество перед другими утеплителями.
• Материал не горит и не выделяет токсичных газов, а в его составе нет веществ, вредящих человеческому организму, потому он считается достаточно экологичным.

[ads-pc-2]

Пеностекло. Традиционные и новейшие технологии

Ещё в 30-х годах XX века советский академик И. И. Китайгородский создал новый материал, основываясь на особом свойстве силикатных стёкол — при температурах порядка 1000°С в присутствии газообразователя они размягчаются и пенятся. Остывшая стекломасса очень прочна и устойчива к механическим нагрузкам.

Учёные, разрабатывая данный материал, предполагали использовать в основном его плавучесть, но оказалось, что пеностекло обладает великолепными теплоизолирующими и звукоизолирующими свойствами. Применение данного материала в качестве теплоизолятора началось в 40-х годах в Канаде, и получило широкое распространение в странах Европы и Америки. В СССР пеностекло не так широко применялось, так как его производство не получило развития, материал имел высокую себестоимость.

В последние годы производство пеностекла начало активно развиваться, ведь этот материал обладает уникальными свойствами и эксплуатационными характеристиками, превосходящими другие изоляционные материалы. Прежде всего, пеностекло — абсолютно экологичный материал, не выделяющий вредных веществ даже при воздействии высоких температур. Устойчивость же к температурному воздействию очень высока, пеностекло не горит и выдерживает нагрев до 600°С. Пеностекло не подвержено разрушению на протяжении всего срока эксплуатации, оно не крошится, не насыщается влагой и не подвержено коррозии.

Пеностекло — полностью неорганический материал, поэтому, используя его в строительстве загородного коттеджа, можно не бояться, что его разрушат крысы, насекомые или микроорганизмы. При своей высокой прочности этот материал хорошо поддаётся механической обработке, ему можно придать любую форму. Монтаж пеностекла также не представляет проблемы, его можно прикреплять при помощи любых современных строительных смесей. Поскольку пеностекло — лёгкий материал, вес всего здания, а, следовательно, и давление на фундамент, снижается, и строительство становится экономичнее.

Высокая прочность на сжатие, присущая пеностеклу, также способствует удешевлению и ускорению строительства, так как позволяет отказаться от армированных стяжек при монтаже перекрытий, сократить разгрузочные пояса при обустройстве фасадов и пр.

Пеностекло выпускается в виде блоков, гранул и щебня, область применения этих видов пеностекла немного различается. Блоки можно использовать в качестве теплоизоляции при возведении стен, кровель, подвалов, а также обустройстве трубопроводов. Блоки из пеностекла служат отличной защитой для зернохранилищ и могут выступать в роли огнепреградительных конструкций. Гранулы применяются в качестве засыпного утеплителя и наполнителя для лёгких бетонов. Щебень можно использовать так же, как и гранулы из пеностекла и при обустройстве дорог.

В качестве сырья для производства пеностекла применяют такие горные породы, как трахит, сиенит, нефелин, обсидиан, вулканический туф, а также отходы обычного стекла, то есть, стеклобой, образующийся в процессе производства листового, тарного, электротехнического стекла, хрустальных изделий.

Пеностеклокерамика

Развитие технологий и применение инновационных решений позволило разработать процесс изготовления пеностекла без применения дорогостоящего стеклобоя, и, соответственно, исключить из технологического процесса операции по его помолу. Новая технология предполагает использование недорогого сырья — таких кремнистых пород, как диатомит, опока, трепел, цеолит. Особенностью этих пород является то, что в отличие от речного песка, они содержат кремний в аморфной, а не кристаллической форме.

Материалы, изготовленные по новым технологиям, носят название «пеностеклокерамика» они сохраняют все эксплуатационные свойства, присущие пеностеклу, но могут использоваться не только в качестве изоляции, но и как конструкционно-теплоизоляционные материалы. Пеностеклокерамика не требует дополнительной защиты от влаги, как, например, ячеистые бетоны, позволяет уменьшить количество конструкционных слоёв, упростить стеновую конструкцию.

Толщина стены, возведённой из пеностеклокерамических блоков, на 6 – 12 см меньше чем толщина стены из традиционно использующихся материалов. Технология изготовления пеностеклокерамики допускает использование красящих пигментов, поэтому можно получить строительные блоки различных цветов, не требующие оштукатуривания и покраски.

Очевидно, что применение блоков из пеностеклокерамики существенно удешевляет строительство. Стена из этого материала обходится почти вдвое дешевле, чем стена из пенобетона с последующей облицовкой. Экономия достигается и за счёт сокращения расходов на изоляционные и отделочные материалы, и за счёт удешевления фундамента, ведь вес стен из пеностеклокерамики примерно в 10 раз меньше, чем вес кирпичной стены.

Преимущества

Многие достоинства достались утеплителю именно от стекла, некоторые же являются уникальными благодаря сочетанию газовых капсул и стеклянных ячеек.

• Длительность эксплуатации – производители указывают сроки эксплуатации до ста лет без деформации даже при перепадах температуры. Изменения габаритов и усадка не характерны материалу, рабочий диапазон температуры от +350 до -250 оС.
• Универсальность материала в целях утепления, так как он пригоден для утепления труб, кровли, стен, фундамента, а также для изоляции зданий повышенной пожароопасности.
• Устойчивость к открытому огню и дает возможность использования материала на пожароопасных объектах, так как при высокой температуре материал будет плавиться, а не гореть.

• Звукоизоляционные качества материала толщиной 10 см способны справиться с грохотом трактора, не пропустив звук внутрь здания.
• Пеностекло легко в монтаже, напоминает технологию укладки пенобетона. Его легко разрезать ножовкой, он имеет небольшой вес – на кубометр приходится 150 кг.
• Безопасность пеностекла в санитарном плане – еще одно преимущество, так как его среда непригодна для размножения микроорганизмов, он не выделяет токсичных летучих веществ и может быть использован при утеплении детских учреждений и больниц.

Эти качества делают пеностекло утеплителем нового поколения, с высокой эргономичностью и безопасностью, так как экологическая чистота – это девиз строительства последнего десятилетия.

Достоинства

К достоинствам пеностекла стоит отнести:

1. Неэрозийность. Во вспененном стекле нет растворимых элементов. В нем ничто не может быть размыто водой.
2. Неподверженность температурным колебаниям. Вспененная пена без проблем «приживается» в климатической зоне с самыми экстремальными температурами. По своей стойкости к различным температурам утеплитель из вспененного стекла можно сравнить с традиционными материалами, из которых изготовляются несущие конструкции (сталь, бетон, силикатный и керамический кирпич). Это гарантия того, что при монтаже на такую конструкцию с пеностеклом все будет в порядке.
3. Отсутствие провисаний и усадок благодаря хорошей прочности.
4. Использовать пеностекло можно почти вечно. Недавние исследования показали, что вспененное стекло, которым в далеком 1952 году было утеплено муниципальное здание в американском Питсбурге, спустя 65 лет полностью пригодно к эксплуатации!
5. Просачивание воды сквозь вспененное стекло абсолютно исключено, так как оно состоит из замкнутых ячеек. Даже замерзшая вода (способная повреждать гранит с базальтом) не причиняет пеностеклу никакого вреда.
6. Материал не окисляется, так как в его состав входят только высшие оксиды.
7. Легко монтируется. Вспененное стекло может обойтись без сложных креплений, которые нередко пропускают холод или сильно нагреваются и деформируются.
8. Пеностекло можно применять повторно после демонтажа.
9. Высокая экологичность дает возможность использовать пеностекло в пищевой промышленности, в банях, бассейнах и кафе.

Недостатки

Отрицательных сторон у пеностекла меньше, чем положительных, но и они имеют место быть, а именно:

• Высокая ценовая категория, так как материал является наиболее дорогим в сравнении с другими утеплителями. Стоимость обусловлена сложной технологической схемой производства материала, в частности, обжиг готовых плит – достаточно энергоемкий процесс.
• Парниковый эффект, создаваемый плитами, может спровоцировать развитие грибка и плесени на стенах, которые покрыты пеностеклом. Если не позаботиться о качественной герметизации, проку от изоляции не будет.
• Низкая ударопрочность довершает недостатки пеностекла. Обладая хорошей жесткостью и прочностью на сжатие, материал трескается от сильного удара и больше не выполняет функции утеплителя при деструкции.

Впрочем, при правильно выполненном монтаже и бережном отношении, пеностекло прослужит достаточно долго.

Достоинства и недостатки

Начнем с достоинств, их у пеностекла достаточно много:

• Влагостойкость. По факту пеностекло это огромное количество стеклянных пузырьков, спаянных вместе. Влага просто неспособна проникнуть в герметичный пузырек. Единственное место, куда может попасть влага это в верхние слои пузырьков плит. Но эта поверхность составляет меньше 2% общего объема плиты. К тому же цикл температурного расширения и сужения влаги в пузырьках никак не вредит материалу.
• Паронепроницаемость. Основное количество тепла выносится паром в составе воздуха. Значит, паронепроницаемость уменьшает количество теплопотерь. Она же служит одновременно и основным недостатком материала, но об этом немного позже.
• Биологическая стойкость. Битое стекло часто добавляют в состав бетона или утеплителя, чтобы избавится от вездесущих вредителей: грызунов и насекомых. Здесь же все тело утеплителя представляет собой стекло, в котором распространение вредителей в принципе не возможно.
• Экологичность. При любых возможных температурах утеплитель не выделяет вредных веществ. Пеностекло абсолютно безопасно для здоровья человека и рекомендовано к использованию на объектах с повышенными требованиями к ограждающим конструкциям.

• Малая прочность. Утеплитель не способен выдерживать физическое воздействие. Поэтому чаще его используют для внутреннего утепления, что не так эффективно как внешнее.
• Паронепроницаемость. На этом пункте стоит остановиться подробнее. Паронепроницаемость это, с одной стороны, хорошо: из помещения меньше тепла попадет наружу. С другой стороны паропроницаемость препятствует прохождению воздуха снаружи. А это уже большой минус. Дело в том, что инфильтрация в том или ином количестве присутствуют в любом помещении. А под инфильтрацией подразумевается прохождение воздуха через стены в дом. Особенно активно воздух проникает зимой. При инфильтрации в дом попадает некоторое количество влаги. Хороший утеплитель имеет такую толщину, при которой эта влага оседает в толще утеплителя. А в случае с пеностеклом, влага оседает на поверхности ограждающей конструкции между конструктивным материалом и утеплителем. Это может привести к появлению плесени и грибка.
• Цена. Пожалуй, это самый большой недостаток данного материала. Любой утеплитель должен быть в первую очередь дешевым. Существует достаточно много более дешевых вариантов утепления. Именно из-за этого фактора до сих пор пеностекло остается материалом элитного жилья и дорогих объектов с повышенными требованиями к постройке.

Как правильно выбирать

[ads-pc-5]

На отечественном рынке есть несколько производителей пеностекла. Каждый продукт должен отвечать определенным критериям качественно изготовленного утеплителя.

Плиты в одной партии должны быть одинаковых размеров, а ячеистая структура плит и блоков должна быть сохранена – они не должны сливаться между собой. Производители качественного пеностекла прилагают паспорт материала, в котором можно узнать паропроницаемость как плит, так и гранул. Если паспорта нет или в нем не указаны характеристики, лучше воздержаться от покупки.

Для предотвращения скопления конденсата, рекомендуется рассчитать оптимальную толщину плиты, чтобы точка росы располагалась в плите, а стены снаружи охлаждались не более чем до +5 оС. Приобретайте утеплитель только у проверенных производителей, так как некачественно изготовленный утеплитель может ухудшить состояние стен, даже не выполняя своих функций.

Лучше проводить утепление во время строительства объекта, чем уже на готовом здании. Это связано с тем, что при строительстве можно делать тонкие и холодные стены, когда в них планируется утеплитель. Если же объект уже построен, понадобится толстый слой утеплителя, чтобы сместить в него точку росы.

Правила теплоизоляции дома пеностеклом

1. Если фиксация утеплителя выполняется с использованием специального клеящего состава, наносить его следует на обе сопрягаемые поверхности — пеностекло и основание.
2. При оклейке изолятором неровной поверхности, имеющей небольшие сколы, впадины или трещины, рабочую смесь желательно наносить нашлепками. Хотя это и увеличивает ее расход, но гарантирует утеплителю надежное и долговечное крепление.
3. При теплоизоляции основания, выполненного из древесины, крепеж пеностекла желательно выполнять специальными дюбелями. Это связано с тем, что при колебаниях температуры пиломатериалы способны менять форму и размеры, поэтому плиты, жестко закрепленные на клее, могут в процессе эксплуатации покрытия деформироваться и перестать соответствовать своему основному предназначению.
4. Перед утеплением пеностеклом фасада или других наружных стен на уровне цоколя здания устанавливаются по его периметру специальные опорные профили, позволяющие идеально выровнять первый ряд плит и обеспечить тем самым правильную укладку остальных элементов покрытия. Они снимаются только после полной полимеризации клея под изделиями нижнего ряда.
5. Плиты пеностекла всегда устанавливаются на стенах снизу вверх, то же касается и наклонных поверхностей.
6. Все элементы пеностекольного покрытия следует укладывать плотно друг к другу, причем, каждый вышележащий ряд должен располагаться с некоторым смещением относительно нижнего для обеспечения шовной перевязки и прочности изоляционного слоя.
7. При комбинированном креплении пеностекла с помощью клея и дюбелей последние рекомендовано устанавливать после оклейки и высыхания состава.
8. В местах расположения проемов и других подобных элементов конструкций нужно монтировать только цельные плиты пеностекла.

Производители

Первые образцы материала были изготовлены в России, сегодня же он производится в разных странах. Наиболее популярные следующие производители:

• SAITAX – одна из крупнейших компаний-производителей пеностекла в России. Продукция компании используется для утепления административных зданий и государственных объектов.
• Pittsburgh Corning – американский производитель утеплителя с полувековой историей развития. Мощности компании расположены и в России. Изоляция продается под брендом FOAMGLASS и используется как в гражданском, так и в промышленном строительстве.

• Гомельстекло – белорусская компания международного уровня, которая поставляет изоляционные материалы во многие страны мира. В открытом доступе есть сертификаты и паспорта материалов.
• ЗСТМ – Завод строительных теплоизоляционных материалов, расположенный в Украине. Завод выпускает изоляционные материалы, произведенные по уникальным технологиям, разработанным в научно-исследовательских центрах. На данный момент выпускается блочная и плиточная продукция.

Обращайте внимание на историю производителя, отзывы о нем и наличие сертификатов – тогда высокая стоимость не станет преградой и окупится снижением трат на отопление и климатическую технику в доме.