Виды, свойства и производство фибролита

Фибролит — это плитный материал, волокнистая структура которого образуется в результате омоноличивания древесной шерсти твердеющим в процессе гидратации минеральным вяжущим веществом.

Отечественное производство магнезиального фибролита было освоено в 1928 г. на базе уральских (г. Сатка) природных магнезитов, обжигаемых непосредственно в местах добычи. Цементный фибролит в стране начали выпускать в конце 40-х годов.

В настоящее время разработан ряд новых разновидностей фибролита на различных вяжущих, однако доминирующее значение сохраняют цементный и, в меньшей степени, магнезиальный фибролит.

Сейчас в СССР выпускается около 1,5 млн. м³ плит фибролита ежегодно, в основном на портландцементе, что составляет более 6 % общего производства теплоизоляционных материалов. В различных странах цементный фибролит известен под различными названиями: в Бельгии — элтонит, в Швеции — треуллонит, в ГДР — лигнолит, в Австрии — гераклит, в США — порекс, в Чехословакии — свен.

Виды и свойства фибролита

Виды и свойства фибролита определяются видом вяжущего, в зависимости от которого различают цементный, магнезиальный, магнезиально-доломитовый, цементно-известковый, известковый, известково-трепельный, гипсовый.

В зависимости от назначения различают теплоизоляционный фибролит со средней плотностью до 350 кг/м³, акустический — 350—400 кг/м³ и теплоизоляционно-конструкционный — 400—500 кг/м³. Основные свойства приведены в табл. 3.34.

Марка фибролита соответствует его средней плотности, которая зависит от расхода вяжущего и усилия прессования при изготовлении. Увеличение расхода вяжущего позволяет получать более пористую и легкую структуру фибролитовых плит за счет распушивания формовочной массы, пониженных давлений прессования и большей прочности в местах контакта древесной шерсти. Однако только простое увеличение расхода вяжущего, без изменения технологических режимов отдельных операций (прессования, разрыхления массы), увеличивает среднюю плотность и теплопроводность материала. Био- и огнестойкость фибролита при этом возрастает. Кроме того, прочность фибролита на изгиб значительно зависит от качества и длины волокон древесной шерсти, режима термообработки.

Фибролитовые плиты не водостойки и нуждаются в защите от увлажнения. Водопоглощение 40—60 % и зависит от плотности и состава. Высокоразвитая структура фибролита с открытой пористостью способствует хорошему звукопоглощению, при толщине 25—35 мм коэффициент поглощения составляет 0,5—0,7.

В защищенном от влаги состоянии фибролит биостоек. Однако при 35%-м увлажнении он поражается грибком.

Фибролит — трудносгораемый материал. Он не горит, а лишь тлеет.

Плиты на основе фибролита легко поддаются механической обработке: пилятся, сверлятся, гвоздятся, а также хорошо окрашиваются и оштукатуриваются.

Сырье для изготовления фибролита

Сырье для изготовления фибролита — древесная шерсть, цемент и минерализатор.

Для получения древесной шерсти используют неделовую, предварительно окоренную древесину, так как в коре содержится значительное количество экстрагирующих веществ, оказывающих отрицательное влияние на твердение вяжущих. В самой древесине содержится широкая гамма органических веществ — лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза, смолистые и экстрактивные вещества, сахараты, минеральные соли, часть которых (например, гемицеллюлоза) под воздействием щелочной среды портландцементного раствора гидролизуется и переходит в простейшие водорастворимые сахараты, оказывающие крайне отрицательное влияние на твердение цементного камня и способные понизить его прочность в 5— 10 раз. После выдерживания древесины на складах в течение до полугода содержание экстрактивных веществ в ней уменьшается за счет их окисления и перехода в труднорастворимую форму.

Древесная шерсть представляет собой длинную и тонкую древесную стружку длиной 200—500 мм, шириной 2—5 мм и толщиной 0,3—0,6 мм. Отклонение толщины ниже допустимого снижает механическую прочность изделий, при повышении толщины свыше оптимальной снижается эластичность плиты, возрастает ее хрупкость.

Допускается частичная замена древесной шерсти обычной стружкой от строгальных станков.

Портланд-, шлакопортландцемент или другое равноценное вяжущее, используемое для производства фибролита, должно быть быстротвердеющим и иметь марку не ниже 400. Для улучшения кинетики набора прочности можно домалывать цемент до более высокой удельной поверхности. Цемент с содержанием 60 % C₃S и 12 % С₃А является наиболее пригодным для получения фибролита.

Минерализаторы предназначены для нейтрализации вредного воздействия на цементный камень сахаратов и улучшения адгезии цемента с древесной шерстью. В качестве минерализатора используют водные растворы хлористого кальция, растворимого стекла, серно-кислого глинозема, которыми пропитывают или обрызгивают древесную шерсть.

При производстве фибролита марок 300—500 на 1 м³ продукции расходуется 0,3—0,8 м³ древесины, 170—270 кг портландцемента марки 400, 6—12 кг хлористого кальция, 21—51 кг условного топлива, 13—25 кВт·ч электроэнергии.

Технология цементного фибролита

Технология цементного фибролита включает подготовку сырья (древесной шерсти), минерализацию и смешивание с цементом, формование, твердение и тепловую обработку плит.

Подготовка сырья заключается в окоривании неделовой древесины, выдерживании ее в течение 4—6 месяцев на открытой площадке для частичной нейтрализации экстрактивных веществ путем перехода их в менее растворимые формы, распиловке древесины на отрезки длиной 0,5 м, получении древесной шерсти на специальных станках.

Шерсть сепарируют воздухом или на грохотах, удаляя пыль и мелочь, затем подсушивают до влажности 22 %, что обеспечивает более глубокое проникновение минерализатора в древесину и большую степень минерализации.

Минерализацию древесной шерсти производят в барабанных смесителях, окунанием порции древесной шерсти в ванну с минерализатором, на шерстотрясах, на конвейерах с перфорированной лентой. При подогреве раствора минерализатора до 40°С минерализация происходит более глубоко и полно.

Формовочную смесь в настоящее время получают по сухому способу, при котором предварительно пропитанную минерализатором древесную шерсть посыпают или опыляют цементом. Влажность шерсти при этом 140—160 %. Если портландцемент содержит менее 50 % C₃S, то операцию минерализации древесины можно исключить. Расход цемента зависит от марки фибролита и вида шерсти и составляет 1,9—1,3 кг/кг для марок 300—400 соответственно.

Смесь получают в смесителях, исключающих уплотнение и навивание шерсти на вал в процессе ее перемешивания. Из смесителя фибролитовая масса конвейером со специальным разрыхляющим устройством и валковым разделителем распределяется по формам, в которых прессуется механическими, гидравлическими или пневматическими прессами. Толщина слоя массы тем выше, чем больше предполагаемая степень уплотнения. Так, при изготовлении фибролита марок 300, 350 слой фибролитовой массы в форме в 2,5—3 раза больше толщины готовой плиты, при марках 400, 500 — в 3,5—5 раз.

При получении теплоизоляционного фибролита используют давление прессования 0,06—0,1 МПа за счет собственной массы вышележащих в пакете форм и специальной пригрузочной плиты. Более плотные плиты получают гидропрессованием при удельном давлении 0,25—0,4 МПа.

Конвейерный способ позволяет устранить основные недостатки пакетного производства фибролита — цикличность и невысокую производительность. При конвейерном способе фибролитовый ковер постепенно обжимают калибрующими элементами до заданной толщины, после чего разрезают на отдельные плиты и направляют на тепловую обработку.

Тепловую обработку осуществляют в два этапа: низкотемпераратурная тепловлажностная в формах и сушка без форм при общей продолжительности до 48 ч.

#img1# На рис. 3.98 показана автоматизированная поточная линия для изготовления фибролитовых плит, работающая следующим образом. Полученная на станке 1 древесная шерсть направляется пневмопроводом 2 на виброгрохот 3, где она освобождается от мелочи и обрабатывается минерализатором, после чего подается в смеситель 5 и смешивается с цементом. Полученная смесь конвейером 6 и сбрасывающим барабаном 7 распределяется в формах 8, расположенных на конвейере 9. Предварительно масса уплотняется под-прессовочным барабаном 10, ковер между торцевыми бортами смежных форм разрезается круглопильным станком 11. После этого заполненные формы направляются в пакетировщик 12, где одновременно фибромасса окончательно прессуется пригрузочной плитой 13, которая ложится сверху на пакет из десяти форм. Пакет плит электропогрузчиком 14 направляют в камеру твердения 15, а затем — в разделитель 17, откуда крышки поступают на конвейер 16, а формы — к распалубочному устройству 18. Далее плиты обрезают на станке 19, штабелируют 20 и направляют под навес 21 для сушки плит.

Отличительной особенностью технологии акустического фибролита является использование более толстой и более узкой шерсти, а также невысокие усилия прессования. Толщина плит 25—35 мм.

Чтобы избежать отрицательного влияния на окружающую среду при производстве цементного фибролита, необходимо стремиться к организации безотходной технологии. Вытяжные установки должны быть снабжены пылеуловительными устройствами и фильтрами. Не допускается сливание отработанного минерализатора в реки и озера. Сточные промышленные воды должны подвергаться химической и биологической очистке в отстойниках очистных сооружений.

При производстве фибролита на шлакощелочном вяжущем исключается процесс длительного выдерживания древесины (4—6 мес). В качестве минерализатора используют мета- или дисиликат натрия, вместо портландцемента — молотый доменный шлак, а тепловлажностную обработку осуществляют при температуре 80—90°С в течение 10 ч.

Фибролит в индустриальном строительстве используют в основном в качестве утеплительного и акустического материала. Цементный фибролит применяют для теплоизоляции в ограждающих конструкциях, устройства перегородок, как утеплитель при устройстве бесчердачных кровель — при этом поверх плит покрытия укладывают фибролитовые плиты, по которым делают цементную стяжку и укладывают кровельный рулонный материал. Можно использовать для изготовления эффективных облегченных фибролито-асбестоцементных панелей. Широко используют при отделке демонстрационных залов кинотеатров, павильонов, машинописных бюро, общественных помещений в качестве декоративно-акустического материала.

На базе фибролитовых составных элементов созданы теплые и легкие сборно-каркасные жилищные строения для сельской местности.

К деревянному каркасу плиты из фибролита крепят гвоздями, к сухим бетонным и кирпичным поверхностям — известково-цементным раствором, в подвалах — горячим битумом.

Основными достоинствами фибролита при использовании его в индустриальном строительстве являются хорошие теплоизоляционные свойства, относительно несложная технология и возможность транспортирования на большие расстояния без ущерба для качества, чем он выгодно отличается от остальных теплоизоляционных материалов.

Применение фибролита в ограждающих конструкциях способствует значительному облегчению стен зданий и экономии стеновых Материалов. Так, фибролитовая стена толщиной 15 см по теплоизоляционной способности равнозначна кирпичной стене толщиной 50 см.

Централизация и укрупнение производства фибролита — главное условие повышения производительности труда и снижения себестоимости продукции. Так, удельные капиталовложения на строительство предприятий мощностью 100—120 тыс. м³ в год на 25—45 % ниже, чем при производстве мелких предприятий мощностью 10—20 тыс. м³ в год. Производительность труда на крупных предприятиях в 2—3 раза выше, а себестоимость ниже. Строить их необходимо в районах, богатых сырьевыми ресурсами, прежде всего древесиной.

По данным ВНИИТеплоизоляции, в настоящее время в СССР выпускается около 1450 тыс. м³ цементных фиброловых плит в год. Преобладающий размер плит — 2400x550x75 мм.