Создание теплоизоляционных материалов в электрогидротеплосиловом поле

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ 

В.Н. Соков 

СОЗДАНИЕ  
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 
В ЭЛЕКТРОГИДРОТЕПЛОСИЛОВОМ ПОЛЕ 

Монография 

Москва 2017

2-е издание (электронное)

УДК 691 
ББК 38.3 
 С 59 

СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ 

Р е ц е н з е н т ы : 
доктор технических наук Ю. Л. Бобров,  
профессор ФГБОУ ДПО «ГАСИС», лауреат премии правительства РФ; 
доктор технических наук А. И. Панченко,  
профессор, заместитель генерального директора ОАО «Ингеострой» 

Монография рекомендована к публикации 
научно-техническим советом МГСУ 

Соков, В.Н. 

С 59      Создание теплоизоляционных материалов в электрогидротепло
силовом поле [Электронный ресурс] : монография / В. Н. Соков ; 
М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. 
ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 
326 с.). — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2017. — (Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ). — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1692-2

Предложен подход к решению актуальной проблемы создания 
новых теплоизоляционных материалов, обладающих низкой теплопроводностью, повышенной прочностью и долговечностью. Рассмотрены  технологические  пути  получения  малодефектных структур  изделий  с  использованием  энергосберегающих  и  безотходных 
приемов. 
Для научных и инженерно-технических работников научноисследовательских организаций, предприятий строительной индустрии, а также для преподавателей вузов, докторантов, аспирантов, 
магистров и бакалавров. 
УДК 691 
ББК 38.3 

ISBN 978-5-7264-1692-2

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: 
Создание теплоизоляционных материалов в электрогидротеплосиловом поле : монография / В. Н. Соков ; М-во образования и науки Рос. 
Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—
МГСУ, 2013. — 316 с. — ISBN 978-5-7264-0760-9.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

©  Национальный исследовательский

Московский государственный 
строительный университет, 2013

Посвящается университетскому товарищу 
Виктору Максимовичу Мишину 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
На современном этапе развития технологий строительства особенно 
актуально создание широкой гаммы новых теплоизоляционных материалов общего и специального назначения. При этом необходимость придания большинству из них низкой теплопроводности, достижения повышенной прочности и долговечности ставит со всей остротой вопрос о 
теоретических и экспериментальных исследованиях технологических 
путей получения малодефектных структур изделий с использованием 
энергосберегающих и безотходных приемов.  
В настоящей работе рассматривается один из возможных подходов к 
решению указанных проблем. Сущность его заключается в поиске и 
реализации концепции перехода изделий в более высокую категорию 
качества с одновременной интенсификацией всех процессов, снижением материалоемкости и энергетических затрат. 
Анализ современных теории и практики получения жаростойкой 
теплоизоляции показал, во-первых, что традиционное воззрение на 
процесс удаления излишней воды затворения только испарением привело к применению весьма продолжительного цикла сушки, и, вовторых, что принятая теория о невозможности получения изделий бесшамотных и с пористостью выше 65 % методом выгорающих добавок 
несостоятельна. В действительности именно данный метод необходимо 
совершенствовать как самый технологичный в направлении изыскания 
новых видов добавок правильной сферической формы, обладающей 
минимальной поверхностью. 
Предложена гипотеза интенсивного удаления излишков влаги из подвижных масс на этапе формования, уплотнения минеральной части 
смеси, придания ей заданной формы и обеспечения качественной поверхности изделий путем создания избыточного давления от вспенивания минерально-полистирольных масс в жестком перфорированном 
объеме (самоуплотнение масс). 
Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлены технологические пути получения малодефектной структуры изделий 
энергосберегающими и безотходными приемами. 
Таким образом, поиск, с одной стороны, безотходных и менее материалоемких технологий, а с другой — путей интенсификации с целью 
достижения минимально возможного срока тепловой обработки и снижения топливно-энергетических затрат сегодня весьма актуален.  
 

ГЛАВА 1. НАУЧНАЯ КОНЦЕПЦИЯ.  
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 
 
1.1. Уровень производства и области применения  
высокотемпературной и рядовой теплоизоляции 
 
В настоящее время производители теплоизоляционных огнеупорных 
материалов основное внимание уделяют не увеличению объема, а совершенствованию структуры выпуска последних, освоению новых высокоэффективных легковесов, например волокнистых, бесшамотных, 
двухслойных, крупногабаритных, монолитных и т.д. 
Несмотря на ускорение темпов прироста объема производства жаростойкой теплоизоляции, промышленность удовлетворяет потребность 
народного хозяйства в этих материалах лишь на 50 %. Около 90 % объема их производства приходится пока на неиндустриальные, а следовательно малоэффективные изделия. За рубежом наиболее крупными 
производителями являются США, Япония, ФРГ и Англия. 
Строительство — одна из самых материалоемких отраслей народного хозяйства. Затраты на материалы, расходуемые непосредственно на 
возведение зданий и сооружений, составляют более половины общей 
стоимости строительно-монтажных работ и около трети капитальных 
вложений в народное хозяйство России [127, с. 11—14]. Таким образом, 
применение в строительстве легких бетонов на пористых заполнителях 
должно возрастать, а их удельный вес в общем объеме бетонных и железобетонных конструкций — увеличиваться. Однако следует отметить, 
что в общем объеме выпуска легкого бетона доля конструкционнотеплоизоляционного бетона пока составляет лишь около 30 %, а 
остальная часть — это утеплитель низких марок. Итак, актуальной задачей на сегодняшний день является повышение качества теплоизоляционного бетона. 
Легкий бетон как материал широких возможностей наиболее полно 
отвечает задачам технического прогресса в строительстве. Он имеет 
большую морозо- и трещиностойкость, меньшую эксплуатационную 
влажность и ползучесть по сравнению с ячеистыми бетонами [54, 
с. 40—51], и поэтому превратился в один из основных материалов индустриального строительства. 
Основные виды применяющихся в России и за рубежом теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных бетонов, их прочностные и теплоизоляционные характеристики как главные определяющие  
 
 

факторы приведены в табл. 1.1. Как видно из таблицы, наиболее эффективными являются пенополимербетон и композиционные материалы на 
основе наполненных пенопластов (пенополиуретан с перлитом и пеностеклом — Венгрия, пенополиуретан с керамзитом или пеностеклом — 
Германия, полиэфирный пенопласт с керамзитом — Франция). Однако 
из-за дефицитности сырья и его дороговизны в России доля производства наполненных пенопластов пока невелика. Из существующих легких теплоизоляционных бетонов наиболее эффективными являются 
перлитобетон на латексе и пенополистиролбетон (стиропорбетон). Последний, к тому же, наиболее доступен и дешев. 
Коэффициент вспенивания исходного продукта суспензионного бисерного полистирола очень высок (Квсп = 30—50), что создает предпосылки для экономического обоснования возможности доставки бисера в 
любую точку страны и позволяет с успехом организовывать производство стиропорбетонных изделий в малоосвоенных и труднодоступных 
районах, не имеющих развитых строительных баз. Кроме того, низкая 
теплопроводность гранул полистирола (λ = 0,029 — 0,046 Вт/м°К) и ее 
постоянство при изменении влажности среды за счет незначительного 
водопоглощения (0,5–3,0 %) обусловливают эффективность применения пенополистирола в качестве заполнителя в легком бетоне. Однако 
технологические трудности получения однородных изделий и невысокая прочность (соответственно 0,6–1,1 МПа для средней плотности 
300—400 кг/м3) замедляют темпы роста производства этого перспективного материала. 
 
1.2. Принятые технологические схемы изготовления  
и резервы их совершенствования 
 
Существует множество технологических приемов формирования 
пористой структуры жаростойкой керамики, однако на специализированных предприятиях России, производящих легковесы, используют 
только пенометод (75 %), комбинированный метод (5 %), способ выгорающих добавок (6 %) и метод создания волокнистого каркаса (14 %). 
Изделия выпускают со средней плотностью 400—1300 кг/м3, значительную часть которых (80 %) составляют шамотные легковесы. 
В последние десятилетия по мере развития объемов производства и 
расширения номенклатуры изделий усовершенствованы отдельные 
технологические переделы и линии. Однако лишь немногие из них заметно улучшили свойства материала и повысили экономические показатели производства. До сих пор около 85 % легковесов изготавливают 

по литьевой технологии в индивидуальных металлических формах на 
один кирпич. Менее 8 % изделий формуют в виде блоков на два-три 
кирпича. При этом технологический цикл исчисляется несколькими 
сутками и характеризуется большими отходами (до 60 %) от обрезки и 
шлифовки изделий. 
 
Таблица 1.1 
 
Основные характеристики теплоизоляционных, теплоизоляционноконструкционных бетонов и наполненных пенопластов 
 

Материалы 
(свойства)

Средняя плотность

250
300
350
400
450
500
600
700

Перлитобетон 
на латексе

1,0; –
0,093
–
–
–
–
–
–
–

Перлитобетон 
на жидком стекле

–
0,7; –
0,093
–
0,85; –
0,110
–
1,0; –
0,128
–
–

Перлитобетон 
на цементе, гипсе, силикатном 
и магнезиальном вяжущем

0,3; 0,22

0,069

0,45; 0,24

0,075

0,6; 0,26

0,081

1,0; 0,3
0,093
–
1,5; 0,3
0,116

2,5; 0,4

3,5; 0,5
0,151
0,139

Перлитобитумный бетон
–; 0,15
0,075

0,25; 0,15

0,087

0,30;
0,15
0,099

0,35; 0,2

0,110

0,40;
0,20
0,122

–
–
–

Перлитофосфогелиевый бетон

–; 0,30
0,075

–; 0,35
0,081
–
–
–
–
–
–

Вермикулитобетон на минеральном и органическом вяжущем с асбестом

–; 0,18
0,087

–; 0,23
0,093

–; 0,23
0,095

0,4; 0,3
0,104
–
0,5; 0,6
0,128
–
–

Керамзитобетон 
крупнопористый 
на гипсе или
цементе

–
–
–
0,5; –
0,139
–
0,8; –
0,151

1,0; –
0,174
–

Керамзитобетон 
плотный 
на гипсе или 
цементе

–
–
–
–
–
–
1,5; –
0,162

2,5; –
0,174

Гипсоячеистый 
бетон на цементе и вспененном 
гипсе

–
–
–
–
–
0,8; –
0,128

1,0; –
0,151

1,5; –
0,174

Материалы 
(свойства)

Средняя 

плотность

Материалы (свойства)

Средняя 

плотность

Материалы 
(свойства)

Средняя 

плотность

Материалы 
(свойства)

Средняя 

плотность

Материалы 
(свойства)

Пеногазогипсобетон
–
–
–
–
–
0,4; –
0,128

1,0; –
0,139
–

Полистиролбетон на цементе и 
пенополистироле

0,3; –
0,069

0,6; –
0,081
–
1,1; –
0,104
–
1,6; –
0,139

2,5; –
0,162

3,7; –
0,185

Мипорбетон

–

0,5; –
0,128
–

1,0; –
0,139
–

1,5; –
0,151

2,5; –
0,162

3,5; –
0,174

Ячеистый 
бетон
–
1,0; 0,16

0,093
–
1,5; 0,23

0,104
–
2,5; 0,38

0,116

3,5; 0,52

0,139

5,0; 0,73

0,162

Пенополиуретан 
с керамзитом
(Болгария, Германия)

–
–
–
–
1,6; –
0,083

1,8; –
0,084
–
–

Пенополиуретан 
с керамзитом
(Германия —
«Байер»)

–
–
–
1,4; 1,0
0,083

1,7; 1,0
0,084
–
–
–

Полиэфирный 
пенопласт
с керамзитом 
(Франция)

–
2,0; –
0,145
–
–
–
–
–
–

Цемент + молотый песок + 
пенополистирол 
(Германия)

–
1,1; –
0,162
–
–
–
–
–
–

Пенополимербетон
на фурановых 
смолах и полиизоционатах
(НИИЖБ)

–
2,0; 1,5
0,069
–
3,0; 2,0
0,104
–
4,0; 2,5
0,128
5,0; 3,0
–

Полимербетон 
на УКС
и перлитовом 
песке (НИИЖБ)

–
–
–
4; 1,2
0,093
–
5,4; 1,8
0,105
–
–

 
Результаты анализа промышленных технологий 
изготовления легковесов 
 
 Пеновой способ складывается из следующих основных операций: 
тонкое измельчение сырья, раздельное приготовление технической пены и шликера и их смешивание, заливка пеномассы в индивидуальные 

формы, сушка масс, распалубка, обжиг, шлифовка и обрезка изделий. 
Процесс изготовления легковесов таким способом трудоемок (длится 
5–10 суток) и связан с большим расходом электроэнергии и топлива, 
однако из-за отсутствия более приемлемых методов, позволяющих получать высокую пористость (85—90 %), промышленность вынуждена 
выпускать изделия таким способом. 
 Комбинированный способ (разновидность пенового способа) основан на введении в пеномассу до 66 % по объему вспученного перлитового песка, что дает возможность в 1,8 раза снизить сушильные усадки. Однако перлитовый песок значительно снижает температуру применения изделий, не позволяя полностью использовать потенциальные 
возможности огнеупорных глин. Технологическая схема производства 
легковесов и ультралегковесов, построенная по этому принципу, громоздка и характеризуется большим количеством рабочих операций. 
Например, при производстве ультралегковеса ШЛБ-04 требуется подготовить 9 компонентов. 
 Способ создания волокнистого каркаса, при котором волокна 
распушиваются на трепальной машине и загружаются в гидросмеситель. После перемешивания волокон с глиняным шликером гидромасса 
поступает на вакуум-пресс, где и происходит формование плит. Для 
очистки отжимных вод в гидромассу вводится осадитель. Отформованные плиты сушатся в туннельных сушилках и обжигаются при температуре 850—1150 °С. Такие плиты выпускаются Апрелевским опытным 
заводом теплоизоляционных изделий. Однако в настоящее время организован выпуск только высокоглиноземистого волокна и теплоизоляционных плит на его основе. Ассортимент изделий ограничен. (Волокнистые материалы с температурой применения выше 1600 °С промышленность не выпускает из-за отсутствия приемлемой технологии изготовления высокоогнеупорных волокон). 
 Способ выгорающих добавок несложен и весьма технологичен. В 
керамические массы вводят выгорающие добавки с последующим их 
выжиганием. Формуют изделия полусухим прессованием, экструзионным способом или литьем. Затем сырец сушат и обжигают. В качестве 
выгорающих добавок используют всевозможные горючие материалы. 
Особенно широко применяются опилки твердых пород древесины. Однако использование опилок связано с рядом технологических трудностей: они придают массе значительное упругое последействие, и поэтому формование изделий производят методом литья; чрезмерно большое 
их количество ухудшает формовочные свойства массы, на их основе 
невозможно получить изделия с пористостью выше 60 %; они набухают, что приводит к неравномерной усадке и деформации изделий при 
сушке. «Узким местом» данного способа является и сушка. Эта операция выполняется в туннельных сушилках, а иногда провяливанием при 
20—25 °С (фасоны).