Пеностекло, его получение и использование

Существующие технологии позволяют выпускать пеностекло различной фактуры и цвета, что позволяет использовать его и в качестве облицовочного материала.

 

Преимущества  и недостатки пеностекла.

 

Основные преимущества.

Долговечность.

Гарантийный срок эксплуатации блоков из пеностекла с сохранением  значений физических характеристик  материала равен сроку эксплуатации здания и превышает 100 лет.

Пеностекло не подвержено старению, так как его уникальные свойства противостоят активным факторам, проявляющим себя с течением времени:

• окисление - активный кислород, содержащийся в атмосфере, не оказывает воздействия на пеностекло по причине того, что этот материал состоит из высших оксидов кремния, кальция, натрия, магния, алюминия; 

• эрозия - поскольку пеностекло не имеет растворимых компонентов в своей структуре, не происходит растворения и размыва материала водой;

• температурные перепады - пеностекло имеет очень низкий коэффициент линейного температурного расширения, что позволяет без ущерба для структуры материала переносить суточные и годовые колебания температуры;

• замерзание воды - высокая водостойкость пеностекла позволяет ему в течение длительного времени предотвращать образование льда, обеспечивать полную защиту от коррозии и отличную терморегуляцию;

• деформация - пеностекло недеформируемый и очень прочный для своей плотности материал, что исключает возможность его усадки, провисания, съеживания и других последствий длительного воздействия силы тяжести и механического воздействия;

• активность биологических форм - пеностекло обладает высокой степенью устойчивости к воздействию биологических форм, вследствие чего, оно не наносит вреда структуре материала.

 

Экспериментальные исследования объектов, утепленных пеностеклом, более 50 лет назад показали отсутствие существенных изменений в структуре  пеностекла.

 

Прочность.

Пеностекло является достаточно прочным теплоизоляционным материалом. Прочность пеностекла на сжатие в  несколько раз выше, чем у волокнистых  материалов и пенопласта. Для строительства это весьма важное свойство, так как чем выше прочность на сжатие, тем менее сжимается материал, подвергшийся внешнему воздействию. В то же время сжатие теплоизоляционного материала приводит к увеличению его теплопроводности и снижению теплозащитных свойств конструкции.

Пеностекло уникально  тем, что является абсолютно несжимаемым  материалом. Более того, менее прочный, чем пеностекло, теплоизоляционный  материал требует анкерного и штыревого крепления к несущей конструкции сооружения тем самым увеличивая количество инородных высокотеплопроводных включений, создающих дополнительные "мостики холода". Пеностекло может нести часть нагрузки за счет собственных физических свойств, позволяя в некоторых случаях не применять дополнительных металлических креплений, уменьшающих сопротивление теплопередаче теплоизоляционного слоя.

 

Стабильность размеров блоков.

Пеностекло состоит исключительно  из стеклянных ячеек и поэтому  не дает усадки и не изменяет с течением времени геометрические размеры  строительных конструкций под действием веса эксплутационных нагрузок. Это позволяет сохраненить эксплуатационные свойства теплоизоляционного слоя.

Наличие данного фактора  важно, так как материалы, размеры  которых нестабильны из-за теплового расширения/сжатия или усадки во время эксплуатации могут вызывать повреждение гидроизоляционного и отделочного слоев, образовывать "мостики холода" из-за усадки, провисания или сжатия при охлаждении.

Пеностекло имеет коэффициент  температурного линейного расширения, сопоставимый с коэффициентом температурного линейного расширения материалов, из которых состоят классические несущие конструкции: бетон, сталь, кладка из керамического или силикатного кирпича. Эта близость значений гарантирует стабильность размеров пеностекла, уложенного или смонтированного на стальную или бетонную конструкцию.

 

Устойчивость физических параметров.

Пеностекло представляет собой материал, состоящий из замкнутых  гексагональных и сферических, имеющих небольшие (меньше микрона) отверстия в стенках, ячеек. Поэтому во время эксплуатации не происходит изменения таких параметров блоков из пеностекла, как теплопроводность, прочность, стойкость, форма и т.д.

Фактор сохранения свойств  теплоизоляционного материала с  течением времени особенно важен  при эксплуатации зданий и сооружений ввиду недоступности материала  после завершения работ.

Актуальность сохранения первоначальных значений параметров утеплителя во время эксплуатации здания имеет  в современном строительстве  первостепенное значение как по причине  повышенных требований, предъявляемых  к эксплутационным качествам здания, так и по причине архитектурного усложнения конструкций здания, где затраты на капитальный ремонт и замену утратившего свои свойства утеплителя сопоставимы с затратами на возведение и постройку.

 

Устойчивость к химическому и биологическому воздействию.

Стекло, из которого состоит  пеностекло, не разрушается химическими  реагентами (за исключением плавиковой кислоты), не является питательной средой для грибка, плесени и микроорганизмов, не повреждается корнями растений.

Стойкость к химическому  и биологическому воздействию особенно важна при использовании пеностекла в замкнутом, невентилируемом пространстве кровли, стен, цоколя и фундамента. Отсутствие органики позволяет гарантированно избежать ситуаций, связанных с разрушением и деструкцией теплоизоляционного материала под влиянием биологически активной среды.

Пеностекло, кроме всего  прочего, очень хороший абразивный материал. В то же время природа  еще не создала ни одной биологической  формы, способной точить абразивы без быстрой потери естественных приспособлений. Эту особенность пеностекла активно используют при теплозащите зернохранилищ, промышленных пищевых холодильников, складов, так как при использовании пеностекла, помимо теплозащитного слоя, удается создать надежный барьер на пути вредителей.

 

Негорючесть и огнестойкость.

Пеностекло является негорючим  материалом, не содержащим окисляющихся компонентов. Технология производства пеностекла такова, что готовое изделие  получается в результате изготовления в печах при температуре, близкой  к 1000°С, поэтому при нагревании пеностекла до высоких температур оно лишь плавится как обычное стекло, без выделения токсичных газов или паров. Этот фактор важен для противопожарных свойств конструкции.

 

Влагонепроницаемость, водостойкость и негигроскопичность.

Так как пеностекло состоит  из замкнутых (не герметично) ячеек, оно  практически не впитывает влагу и не пропускает влагу, и, следовательно, создает дополнительный гидробарьер. При повреждении гидроизоляции не допускает распространения воды, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.

 

Экологическая чистота и санитарная безопасность.

Экологическая и санитарная безопасность пеностекла позволяет  осуществлять утепление ограждающих  конструкций не только для помещений, в которых необходима повышенная чистота воздуха (здания образовательного и медицинского назначения, спортивные сооружения, музеи, высокотехнологичные производства и т.п.), но и для зданий со специальными санитарно-гигиеническими требованиями (пищевая и фармакологическая промышленность, бани и сауны, бассейны, кафе, рестораны, столовые и т.п.). Кроме того, из-за наличия микроотверстий в стенках пузырей, изготовленные из него строительные конструкции имеют не только хорошую теплоизоляцию, но также и способность “дышать”. Это особенно важно для создания комфортабельного микроклимата в жилых помещениях.

 

Основные недостатки.

Недостатками пеностекла являются:

• дорогостоящее производство;

• больший вес по сравнению с другими видами теплоизоляционных материалов (ввиду высокой плотности пеностекла);

• нестойкость к ударным воздействиям - так как пеностекло состоит из стекла, то всегда существует опасность разбить его;

• для изготовления скорлуп или блоков требуется дополнительное оборудование, что ведет к увеличению стоимости блочного пеностекла;

• нецелесообразность использования пеностекла в малоэтажном строительстве, так как, в среднем, через 50 лет требуется реконструкция здания и часто уместнее применять более дешевые и удобные в монтаже традиционные материалы. 

До недавнего времени  к недостаткам можно было отнести  и запах сероводорода (запах "тухлых яиц") - его использовали при вспенивании. Сейчас производители в большинстве своем отказались от "классической" технологии, поэтому проблем, связанных с неприятным запахом пеностекла не возникает.

 

Отличие пеностекла различных фирм.

 

ОАО "Гомельстекло"

Выпускает пеностекло с лета 1954 года, то есть более 50 лет. В настоящий момент производится пеностекло (20 000 м.куб.) со следующими характеристиками:

*** Стандартные размеры блока  400х475 мм, этот же размер является  и максимально возможным для  блока из пеностекла выпущенного в Гомеле. Также, возможно приобретение блоков из пеностекла размерами менее чем 400х475 мм, как имеющихся на складе (напр. 200х450 мм, или 200х250 мм), так и сделать заказ на блоки по собственной спецификации необходимого размера.

*** Толщина выпускаемых блоков: - 60, 80, 100, 120 мм. Возможно изготовление  «под заказ» блоков толщиной 40 мм.

*** Физико-технические характеристики  гомельского пеностекла таковы: теплопроводность – 0,065 Вт/мК (при декларируемой – не менее 0,076 Вт/мК), плотность 160 кг/м.куб. (при декларируемой – не более 180 кг/м.куб.) предел прочности при сжатии –  ок. 1,1 МПа (при декларируемой – не менее 0,7 МПа), точность геометрических размеров + 2 мм, (при декларируемой - + 4 мм).

*** Гомельское пеностекло пакуется  и отгружается на европоддоны (под стрейч-пленку) объемом ок. 0,9 м.куб. на поддон, или в мини-упаковки по 0,1 м.куб. с последующей фиксацией 16 мини-упаковок на европоддон. Возможна также отгрузка блоков навалом.

 

 

  Корпорация "Питсбург Корнинг"

Выпускает пеностекло с 1943 года (США). В Европе производства пеностекла «ФОМГЛАС» корпорации «Питсбург Корнинг» начато в середине 1960-х. В настоящий момент имеются три завода: 

 

В БЕЛЬГИИ 

 

В ГЕРМАНИИ 

 

В ЧЕХИИ 

 

Выпускается разнообразный ассортимент  продукции; блоки, плиты и фасонные изделия.

*** Максимальный размер блока  600х600 мм.

*** Плиты с композитным слоем  имеют размер – 600х1200мм.

*** Толщина плит и блоков от 40 до 180 мм с «шагом» - 10 мм.

*** Ассортимент дифференцирован  по плотности от 110 до 220 кг/м.куб.

*** Теплопроводность материала  «ФОМГЛАС» - 0,04 – 0,058 Вт/мК

*** Предел прочности при сжатии  – 0,7 – 3,5 МПа.

 

Производство  пеностекла.

 

В промышленности для изготовления пеностекольных плит и блоков применяют  в основном «порошковый» способ, который  заключается в спекании смеси  из тонкомолотого стекольного порошка  с газообразователем.

Известен способ (патент США № 2775524), по которому осуществляется диспергирование стеклобоя со специальным образом подготовленным материалом из группы диатомита, кремнезема с удельной поверхностью более 10 м2/г, содержащего углерод в количестве 5-50 массовых частей на 100 частей, из расчета 0.08-0.15 мас.% углерода от массы стеклобоя, нагрев до температуры, достаточной для размягчения и вспенивания стекла, охлаждение и отжиг.

Известен способ получения  пеностекла (патент США № 5516351, C03B 19/06), который включает использование  измельченного стекла и вспенивателя из числа CaCO3 или CaSO 4 заданного гранулометрического состава, смешение их в мельнице, заполнение формы, вытеснение из смеси воздуха продуванием ее газами SOx и/или COx и нагревание до температуры вспенивания, охлаждение и отжиг, позволяющий использовать стекло смешанного типа. Общеизвестно, что применение ингредиентов, химические реакции которых со стеклом сопровождаются вспениванием, не обеспечивает получение мелкопористого пеностекла с преимущественно и/или полностью закрытыми от внешней среды порами. Кажущаяся плотность, теплоизоляционные, механические и др. свойства таких материалов быстро и сильно деградируют в среде влажной атмосферы. Применение газов SOx и COx приводит к удорожанию производства, имеет неблагоприятные экологические последствия и требует больших затрат на улавливание и переработку опасных для работающего персонала и окружающей среды газообразных выделений.

Известно, получение теплоизоляционного пеностекла с использованием углеродсодержащих пенообразователей (кокс, сажа, антрацит), а также с применением карбонатных пенообразователей (мел, мрамор, доломит).

Известен способ получения  пеностекла (патент на изобретение RU № 2187473, C03B 19/08, от 12 июля 2000 года), который  относится к способам получения  пеностекла из утилизируемых стеклоотходов, состоящий в том, что стеклобой диспергируют до удельной поверхности 6000-20000 см2/г, затем гидроксилируют до насыщения влагой 0,4-1,6 мас.% и к 75-98 мас.% гидроксилированного стеклобоя добавляют 2-25 мас.% вспенивающей смеси, включающей в качестве углеродсодержащего компонента активную сажу с удельной поверхностью 75-150 м2/г, в качестве сульфата металла - сульфат натрия и дополнительно жидкое натриевое стекло и оксид бора при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: жидкое натриевое стекло 0.5-5.0, активная сажа с удельной поверхностью 75-150 м2 /г 0.2-1.5, сульфат натрия 0.5-1.5, активный кремнезем 0.6-12.0, оксид бора 0.2-5.0, перемешивают, гранулируют в частицы диаметром 30-2000 мкм, засыпают в форму и подуплотняют до кажущейся плотности 0.96-1.35 г/см3, спекают при температуре 450-700°С, вспенивают, подвергают закалке при температуре 540-620°С со скоростью 80-300°С/мин и отжигают при температуре 420-520°С. Использование этого способа решает проблему утилизации накопившихся в большом объеме бытовых и промышленных технических отходов щелочных алюмосиликатных стекол. Но выходные свойства конечного продукта в известном способе далеко не всегда находятся на должном уровне. Кроме того, при изготовлении пеностекла по этому способу используют большое число компонентов в составе материала, необходимого для получения пеностекла. Помимо непосредственно компонентов самой вспенивающей смеси (окислитель - сульфат натрия, восстановитель - активная сажа), в состав добавки входят компоненты, влияющие непосредственно на свойства расплава и выходные показатели свойств пеностекла (активный кремнезем, оксид бора, жидкое стекло). Применяемые в известном способе добавки необходимы для достижения требуемых выходных свойств пеностекла, но, как известно, большое количество компонентов всегда затрудняет технологический процесс производства материала со стабильными свойствами. Это связано в первую очередь с проблемами равномерного распределения ингредиентов в шихте и непосредственно во вспененном стекле. Особенно это важно при производстве пеностекла, где распределение компонентов добавки в массе шихты и утилизируемого стеклобоя должно быть равномерным, в противном случае вспенивание в объеме стекла пойдет неравномерно, что приведет к неоднородности структуры из-за образования каверн, неравномерного объемного распределения пор. Это приведет к дефектности, неоднородности свойств вспененного материала.