Гранулированное пеностекло – универсальный экологически чистый теплоизоляционный материал

   Анализ развития производства строительных материалов в ведущих промышленно-развитых странах мира показывает, что происходит опережающее развитие производства стройматериалов и строительных конструкций, обеспечивающих значительное снижение массы зданий и сооружений, возрастание масштабов использования энергосберегающих ограждающих конструкций, рост доли материалов, изготавливаемых с применением вторичных сырьевых ресурсов и отходов промышленного производства. Это дает снижение затрат и одновременно решает задачи охраны окружающей среды. Прослеживается также тенденция увеличения доли материалов с заданными свойствами, обеспечивающими возможность строительства в экстремальных условиях и отдаленных труднодоступных районах. Кроме того, по мнению специалистов, из бетона пониженной плотности можно изготавливать до 70% всех видов железобетонных конструкций.

   Анализ, проведенный специалистами НИФТИ, показал, что одним из материалов, наиболее полно отвечающим потребностям строительного комплекса и тенденциям мирового развития производства строительных материалов, может служить пеностекло, выгодно отличающееся по всему комплексу свойств (теплотехническим, прочностным, экологическим) от других подобных материалов. Пеностекло, как теплоизолятор с замкнуто-пористой структурой, вобрав в себя все положительные качества существующих теплоизоляционных материалов, лишено их отрицательных свойств. При сравнительно низкой плотности, от 100 до 300 кг/м3, оно обладает достаточно высокой прочностью ( от 0,8 до 3,5 МПа и коэффициентом теплопроводности от 0,045 до 0,085 Вт/м0С. Значительным преимуществом пеностекла по сравнению с некоторыми природными и новейшими изоляционными материалами является его неорганический состав. Как и всякое стекло, пеностекло устойчиво к воздействию гнили, различных микроорганизмов, насекомых, грызунов, совершенно не горит, не выделяет вредных веществ, не впитывает влагу, а стало быть не изменяет коэффициент теплопроводности со временем, устойчиво к воздействию всех химических реагентов (за некоторым исключением), характеризуется постоянством объема, не слеживается, морозоустойчиво, экологически чисто и долговечно.
   Исследования по вспениванию измельченного стеклобоя проводились в течение последних 1,5 лет в муфельных печах лаборатории прикладного материаловедения НИФТИ и в цехе электротехнической керамики ООО «Искра-Прогресс» в туннельных и шахтных печах. Было получено монолитно-блочное и гранулированное пеностекло различной структуры и плотности с применением карбонатных и углеродистых вспенивателей. Наряду с использованием стеклобоя проводилась опытно-промышленная варка стекла в тигельных печах Ачинского глиноземного комбината (АГК) с использованием нефелиновых шламов, ачинского речного песка и соды 3 сорта АГК в различном процентном соотношении.
   Гранулированное пеностекло с использованием нефелиновых шламов изготавливалось по определенной технологии, позволяющей заранее задавать необходимые физико-технические свойства продукту, в зависимости от того, какой материал предполагается получить: засыпочное пеностекло для колодцевой кладки с насыпной плотностью 100–250 кг/м3, прочностью до 1,5 МПа и коэффициентом теплопроводности 0,04–0,06 Вт/м0С или заполнитель бетона для однослойных стеновых панелей – Ж гранул 5–15 мм, насыпной плотностью 250–350 кг/м3, прочностью 1,5–4 МПа и коэффициентом теплопроводности 0,06–0,085 Вт/м0С.
   Следует отметить, что засыпки из гранулированного пеностекла по теплозащитным свойствам превосходят большинство применяемых изоляционных материалов, в том числе и блочное пеностекло. Если коэффициент теплопроводности элементарных гранул в пределах 0,05–0,1 Вт/м0С, то для объемно-насыпной массы он составляет 0,03–0,06 Вт/м0С. Гранулированное пеностекло, в отличие от образцов, выпиленных из блоков, характеризуется более низким водопоглощением. Для гранул с хорошо оплавленной поверхностью величина водопоглощения практически равна 0.
   Экономические расчеты показали, что в условиях промышленного производства со стекловаренным переделом стоимость 1м3 гранулированного пеностекла в 2–3 раза ниже, чем монолитно-блочного и она не более, чем на 20–30% выше стоимости керамзитового гравия, так как температура вспенивания здесь значительно ниже, чем керамзита.
   Гранулированное пеностекло, обладая исключительными физико-техническими свойствами, является широкоуниверсальным строительным материалом. Из него можно изготавливать блоки, плиты, скорлупы методом спекания гранулята после печи вспенивания или формовать в любые конструкционные изделия с использованием воднодисперсионных нетоксичных связующих или любых других широко применяемых связующих на основе цемента, битума, латекса и т.д.
   Мы приводим один из способов производства декоративных утеплительных морозостойких облицовочных плит из гранулированного пеностекла для внешней облицовки зданий, описанный еще Б.К. Демидовичем.
   Гранулы Ж 5–7мм спекают сразу после вспенивания в формах в виде плит толщиной 50–80мм. На лицевую поверхность наносится защитно-выравнивающий слой мастики (8% – жидкое стекло, 25% – портландцемент, 67% – мел), затем сушится. Пульверизатором на поверхность наносится слой лицевого покрытия, например, цветных силикатных красок. Закрепление красок производится в конвективной отжигательной печи с температурой, соответствующей плавлению нанесенных на пеностекло покрытий. В результате поверхность изделия покрывается сплошной пленкой, имеющей различную окраску. Если на поверхность предварительно нанести слой крошки, например, шамотной, то изделие будет иметь рельефную декоративную поверхность. Стоимость 1 м2 такой плиты будет 100–150 руб.
   Из гранулированного пеностекла возможно также изготовление прошивных одно- и двухслойных теплоизоляционных матов многоразового использования с применением негорючей и негниющей ткани. Такие маты можно использовать для теплоизоляции полов, стен, потолков быстро возводимых и сборно-разборных зданий, сооружений, используемых в условиях Крайнего Севера, а также для теплоизоляции трубопроводов, агрегатов машин, павильонов, гаражей, подвалов, лоджий и т.д.
   Исследования, проведенные НИФТИ, показали, что пеностекло возможно и экономически выгодно изготавливать из боя стекла с использованием (до 50%) отходов производств: нефелиновых шламов, «хвостов» обогащения руд, золо-шлаковых отходов теплоэлектростанций и металлургических производств, а также природных материалов, таких как цеолит, перлит, вермикулит, вулканические стекла, легкоплавкие глины.

   Важным фактором снижения стоимости теплоизоляционных материалов у потребителя являются:
   1. Снижение транспортных расходов по всей цепочке от источника сырья до завода и готового товара, от завода до потребителя, так как здесь при транспортировке готового продукта перевозить приходится в основном воздух.
   2. Сокращение количества посредников и оптовиков от производителя до потребителя.
   Учитывая вышеизложенное, на наш взгляд, целесообразно организовывать сравнительно небольшие производства гранулированного пеностекла и изделий из него мощностью 20–50 тыс. м3 в год из боя стекла и отходов промышленных производств в промышленно-развитых городах, прежде всего для удовлетворения потребностей собственного строительного и ремонтного комплексов. А в целях наиболее полного удовлетворения регионов в теплоизоляционных материалах следовало бы организовать мощные производства с варкой специального стекла для вспенивания гранулята объемами порядка 150 тыс. м3 в год. Эти предприятия могли бы изготавливать как собственно пеностекло для потребностей региона, так и поставлять стекольный гранулят-сырец малым заводам. Транспортные затраты по перевозке стекла-сырца в пересчете на единицу пеностекла в 4–5 раз ниже.
   Экономические расчеты показывают, что при затратах на организацию производства гранулированного пеностекла мощностью 50 тыс. м3 в год, сравнимых с затратами на организацию небольшого кирпичного завода с выпуском 3–4 млн шт. кирпичей в год, можно полностью закрыть потребность в эффективном теплоизоляторе такого города, как Красноярск. Срок окупаемости при этом будет порядка 2-х лет.
   Учитывая значительную наукоемкость производства пеностекла, а также накопленный опыт по созданию производств, НИФТИ КГУ предлагает свои услуги по разработке и реализации любого проекта организации производства гранулированного пеностекла, начиная с моделирования и отработки технологии пеностекла из конкретных сырьевых материалов до выпуска готовой продукции в намеченных объемах.