Определение и область применения вермикулита

В стремлении человека использовать современные экологически чистые строительные энергосберегающие технологии, вермикулит займет свое заслуженное место как широко востребованный материал, благодаря своим ценным тепло -, звукоизоляционным и огнезащитным свойствам

Вермикулит — природный материал из группы гидрослюд слоистого строения, содержащий цеолитную воду, которая под действием высоких температур (400-1000 ⁰С) испаряется и раздвигает пластинки слюды. При этом вермикулит увеличивается в объеме в 10-15 раз (вспучивается).

Вермикулит, как материал, получаемый при обжиге - сыпуч, легок, пористого состава в виде чешуйчатых частиц серебристого, желтого или золотистого цвета кубической формы, без запаха, не токсичен. Обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, огнестоек. Температура плавления вермикулита 1350 ⁰С.  Он находит применение в различных областях при температурах от минус 260 до 1200 ⁰С.

Вермикулит способен впитать жидкость до 500% собственного веса. Биологически стоек, не подвержен разложению и гниению под действием микроорганизмов. Препятствует развитию плесени и грибков вследствие излишней сырости, не является благоприятной средой для насекомых и грызунов, уменьшает образование конденсата, способствует улучшению микроклимата внутри помещения, нейтрален к действию щелочей и кислот, экологически чистый материал.

Месторождения вермикулита в России известны на Кольском полуострове (Мурманская область), на Урале (Челябинская область), в Красноярском крае, Иркутской области, Приморском крае. За рубежом - в США, западной Австралии, ЮАР, Китае, Японии, где находит широкое применение.

Не секрет, что сейчас в строительной индустрии все чаще применяются материалы неорганического происхождения, эти технологии производства принадлежат эпохе дешевых энергоресурсов и неэффективному ресурсосбережению. В стремлении человека использовать современные экологически чистые строительные энергосберегающие технологии, вермикулит займет свое заслуженное место, как широко востребованный материал, благодаря своим ценным тепло -, звукоизоляционным и огнезащитным свойствам.

Наряду с вермикулитовыми засыпками, изготавливаются безобжиговые плиты (вермикулит + жидкое стекло), обжиговые (примером являются керамовермикулитовые изделия), также сухие строительные смеси и растворы, наполнителем которых служит вермикулит.

Вспученный вермикулит является простейшим и очень эффективным теплоизоляционным материалом, он успешно применяется в качестве несгораемого утеплителя, заполняет пустоты неправильной формы. По коэффициенту теплоизоляции, находящийся в пределах от 0,04 Вт/м∙⁰С до 0,062 Вт/м∙⁰С из строительных материалов с ним может сравниться только базальтовый холст, а коэффициент теплоизоляции у полнотелого кирпича в 10 раз больше, не говоря уже о бетоне, у которого коэффициент составляет 1,45 Вт/м∙⁰С. Слой вермикулитовой засыпки в 20 см по теплозащите эквивалентен кирпичной стене толщиной 1,5 м или бетонной стене толщиной 2 м. Слой вермикулита на чердачных перекрытиях толщиной 5 см снижает потери тепла на 75%, толщиной 7,5 см — на 85% и толщиной 10 см — на 92%. Но как показала квалиметрическая оценка, вспученный вермикулит и керамовермикулитовые изделия уступают современным теплоизоляционным материалам, таким как базальтовые маты и минераловатные изделия, их коэффициент теплоизоляции равен 0,038 Вт/м∙⁰С и 0,043 Вт/м∙⁰С.

Эффективно применяются сухие строительные смеси и строительные растворы. По сравнению с обычными (песчаными) строительными растворами, вермикулитовые растворы, вследствие высокой пористости, имеют в 2-4 раза меньший объемный вес и в 4-6 раз меньший коэффициент теплопроводности и относятся к группе легких («теплых») растворов.

Слой из «теплой» цементно-вермикулитовой штукатурки толщиной 2,5 см может заменить слой из цементно-песчаного раствора в 10 — 15 см. При толщине цементновермикулитовой штукатурного слоя до 3 см, толщина кирпичной стены может быть уменьшена на 25%. Коэффициент звукопоглощения вермикулитовых штукатурок в 10-15 раз больше по сравнению с песчаными и равен, в среднем, 0,22.

Нанесение цементно-вермикулитового раствора на кирпичные стены позволяет получить экономию кирпича в размере 0,25 м³ на 1 м³ кладки, при этом коэффициент звукопоглощения вермикулитовых штукатурок составляет 0,15 — 0,3, а обычной песчаной штукатурки он равен 0,015 — 0,02. Из этого следует, что применение «теплых» штукатурок для облицовки поверхностей стен может дать значительный экономический эффект за счет снижения толщины стены.

Широко применяемые в строительстве конструкции из армоцемента, железобетона, металла (своды-оболочки, плиты, фермы и тому подобное), в большинстве случаев, обладают недостаточной огнестойкостью. Попеременное нагревание и охлаждение таких конструкций водой в условиях пожара приводит к резкому падению их прочности, большим деформациям, вызывает обрушение. Как показали испытания, образцы вермикулитового раствора с объемным весом от 500 до 800 кг/м³, нагретые до температуры 900 – 1000 ⁰С и помещенные в воду, не растрескиваются и сохраняют достаточную прочность, в то время как образцы ячеистого бетона при таких же условиях полностью разрушаются. Армоцементные плиты толщиной 20 мм с огнезащитным слоем из вермикулитового раствора толщиной 13 мм имеют предел огнестойкости до 10 ч.

Также вермикулит предназначен для фильтрационной очистки стоков, ликвидации разливов нефтепродуктов, органических и токсичных жидкостей с твёрдой поверхности и поверхности акваторий. При очистке промышленных и бытовых сточных вод в качестве фильтра применяется вермикулитовый адсорбент, через который перекачивается загрязнённая вода. Для удаления нефтепродуктов с твёрдых поверхностей целесообразно использовать вермикулит с размером зерна не менее 1,25 мм. При этом сорбционная ёмкость колеблется в пределах 1,9-5,9 г/г. Адсорбент впитывает в себя нефтепродукты в течение 10-15 минут, после чего необходимо удалить его с поверхности. При использовании вспученного вермикулита во время ликвидации разлива нефти в Северном море последствия аварии ликвидировали в течение всего двух недель, иные системы требовали затрат времени около 1,5 лет.

При проведении исследований показателей качества проведена квалиметрическая оценка вермикулита дифференциальным и комплексным методами. Дифференциальным методом сравнивалось базальтовое волокно и минераловатные изделия с керамовермикулитовыми изделиям. Керамовермикулитовые изделия уступают по теплопроводности, но по плотности и огнеупорности превосходят базальтовые маты и почти в 2 раза минераловатные изделия. Отсюда можно сделать вывод, что керамовермикулитовые изделия эффективнее применять в качестве огнеупоров.

Комплексным методом определялся уровень качества вспученного вермикулита и керамовермикулитовых изделий по показателям конструктивности и показателям назначения. На основе выявленных показателей было построено дерево показателей. Установлено, что вспученный вермикулит и керамовермикулитовые изделия превосходят базовые образцы, а значит, являются конкурентоспособной продукцией. Также, для повышения конкурентоспособности был разработан порядок проведения добровольного подтверждения соответствия вспученного вермикулита.