Materiały izolacyjne, perlit ekspandowany

Złoże rudy perlitu (Grecja, wyspa Milos).

Zakład przeróbki perlitu koncernu Silver & Baryt Ores Mining Co. (Grecja, wyspa Minos).

Sufit otynkowany tynkiem perlitowym.

Ziarno perlitu ekspandowanego w powiększeniu.

PERLIT EKSPANDOWANY - ARCYMISTRZ TERMOIZOLACJI.

Naturalny perlit jest szklistą skałą powulkaniczną, która powszechnie występuje w regionie basenu Morza Śródziemnego. W starożytności mógł służyć jako budulec do niektórych konstrukcji murowych. Bliższe naszej epoki odkrycie i upowszechnienie wynalazku betonu pozwalało wykorzystywać łupki perlitowe na kruszywo. Pod koniec lat 30 ub.w. poznano znakomite cechy perlitu, które objawiły się po jego obróbce termicznej. Odtąd ten niepozorny minerał znalazł szersze zastosowanie nie tylko w budownictwie.

W polskim piśmiennictwie fachowym wzmianki o perlicie (perlitoporycie) pojawiły się już w połowie lat 60. ub.w. W niewielkich ilościach sprowadzano perlit do naszego kraju z obszarów dawnego ZSRR, głównie do produkcji betonów izolacyjnych narażonych na działanie wysokich temperatur (przemysł hutniczy). Już wówczas na świecie był stosowany w wielu segmentach budownictwa. W Polsce czas perlitu nastał dopiero w latach 90. ub.w. i chociaż popyt na ten materiał stale rośnie, to w powszechnym odczuciu jest mało znany, głównie z powodu słabej promocji na rynku. Wielkość zużycia perlitu w Polsce trudno jest oszacować, bo nie prowadzi się odpowiednich statystyk, ale z dużym prawdopodobieństwem można przyjąć, że mieści się między 4 a 6 tys. ton rocznie i utrzymuje tendencję zwyżkową (stale zwiększa się zakres zastosowania perlitu i pojawiają nowe możliwości technologiczne). Dla porównania, światowe zużycie tego surowca sięga ponad 3 mln ton. Polska gospodarka "konsumuje" więc niewiele ponad 1,5% tej ilości.

CZYM JEST PERLIT?

Perlit albo perlitoporyt jest minerałem, który stanowi przeobrażona magmowa skała wylewna zbudowana ze szkliwa wulkanicznego, utworzona w dawnych epokach geologicznych (ryolitowe szkliwo wulkaniczne). Przed setkami milionów lat, podczas erupcji podmorskich wulkanów, wydobywająca się lawa szybko zastygała w zetknięciu z wodą i zamykała w sobie jej krople, które dziś - ukryte w zastygłej i zwietrzałej lawie - stanowią od 2 do 5% jej objętości i decydują o specyficznych właściwościach tego minerału. Jest to uwodniony kwaśny glinokrzemian potasowo-sodowy, zawierający także inne pierwiastki. Jego skład to głównie krzemionka SiO₂ (65-75%), tlenki glinu, sodu, potasu, magnezu, wapnia i żelaza [Al₂O₃ (10-18%), K₂O + Na₂O (6-9%), MgO +CaO (2-6%) oraz Fe₂O₃ (1-5%)].

ZASTOSOWANIE ROZPRĘŻANEGO PERLITU.

W budownictwie perlit w postaci luźnej może służyć jako materiał izolacyjny bądź ciepłochłonny do ochrony cieplnej rurociągów z gorącą wodą, jako sypkie wypełnienie (zasyp) przestrzeni pomiędzy podwójnymi ścianami, ścian obiektów naziemnych (z ekstremalnymi temperaturami wewnątrz i z wilgocią), stropów nad pomieszczeniami chłodnymi lub bardzo ciepłymi, konstrukcji dachowych, przestrzeni pod posadzkami i stropami itp. Ponadto wykorzystywany jest m.in. jako składnik do:
1) produkcji szlachetnych zapraw i tynków,
2) lekkich betonów perlitowych (tzw. perlitobetonów),
3) ceramicznych kształtek izolacyjnych wytrzymujących ekstremalne warunki termiczne (kominy, chłodnie, zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji budowlanych, przewody dymowe itp.). Formowany w płyty tworzy przekładki dźwiękochłonne w podłogach między kondygnacjami, podłoża pod tafle lodowe lodowisk krytych, sufity i ściany akustyczne w budowanych halach koncertowych, ekrany akustyczne przy arteriach komunikacyjnych itp.

Poza budownictwem perlit znalazł zastosowanie w takich gałęziach przemysłu jak: hutnictwo, odlewnictwo, energetyka, ciepłownictwo, przemysł chemiczny (zasypki izolacyjne i izolacyjno-egzotermiczne, materiały ogniotrwałe, kształtki termoizolacyjne, ochrona rurociągów), drogownictwo (ekrany akustyczne), ekologia (absorbent nafty, benzyny, olejów, tłuszczy, smarów, terpentyny i innych cieczy tłustych), rolnictwo i ogrodnictwo (agroperlit - materiał użyźniająco-spulchniający), przemysł spożywczy (materiał filtracyjny do produkcji piwa, wina, octu, napojów orzeźwiających, soków, oleju, cukru, pektyn), farmacja (do filtrowania antybiotyków), kosmetyka (komponent niektórych past do zębów), higiena (posypki dla zwierz 1t). Służy też jako wypełniacz przy produkcji gumy, farb i tworzyw sztucznych, co znacznie rozszerza skalę zastosowań (chemia motoryzacyjna, przemysł gumowy, farbiarski, artykuły AGD itp).

Perlit świetnie wiąże się z cementem, wapnem i wodą. Można, używając go zamiast piasku, otrzymywać mieszanki tynkarskie o właściwościach wielokrotnie przewyższających tradycyjne tynki, doskonale izolujące cieplnie i akustycznie, lekkie, przepuszczalne dla par i gazów (co pozwala ścianie "oddychać"), niepalne, przy odpowiedniej kombinacji z wodoodporną powłoką odporne na działanie wody deszczowej (jego hydrofobizacja skutecznie eliminuje kapilarne podciąganie wody). Tynki perlitowe można stosować wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń. Jednocentymetrowa warstwa pod względem izolacji cieplnej zastępuje: 1/2 cm styropianu, 5 cm cegły lub 8 cm tradycyjnego tynku na bazie piasku. Obustronne otynkowanie ściany podwaja ten efekt. Otynkowanie takim tynkiem ściany na zewnątrz warstwą 6 cm, a wewnątrz - 3 cm, zastępuje nałożenie styropianu o grubości 4,5 cm, położenie 45 cm cegły lub obrzucenie 56 cm warstwy tradycyjnego tynku piaskowego. Kładzenie warstw grubszych ni? 3 cm wymaga jednak użycia siatki tynkarskiej. Tynki takie można malować lub pokrywać tynkami akrylowymi. Współczynnik przewodnictwa cieplnego tynków perlitowych może zawierać się (w zależności od składu) w przedziale od 0,11 W/m•K (tynki lekkie) do 0,23 W/m•K (tynki ciężkie). Odpowiednia warstwa takiego tynku zapewnia ognioodporność I stopnia (o grubości ponad 3,5 cm dla stropu - 90 minut, ponad 6 cm dla filarów i słupów - 180 min). Dodatek perlitu do klasycznych zapraw i tynków na bazie wapna, cementu i gipsu obniża ich ciężar i poprawia wydajność.

Zamiana konwencjonalnego piasku na perlit ekspandowany powoduje istotne zmiany parametrów fizycznych i cech użytkowych zapraw, tym bardziej zauważalne, im więcej objętościowo zamieniono piasku na perlit. Proporcjonalne zwiększanie objętościowego udziału perlitu w zaprawie/ tynku kosztem piasku obniża co prawda jej parametry wytrzymałościowe, ale w zamian zmniejsza ciężar, a ponadto poprawia termoizolacyjność, odporność ogniową i zdolnoość pochłaniania hałasu. Wzrasta też odporność zaprawy/tynku na podciąganie kapilarne, poprawia się przyczepność do podłoża i zwiększa zdolność tzw. pełzania. Kleje i zaprawy ciepłochronne zawierające perlit, są przeznaczone do łączenia betonu komórkowego, ceramiki poryzowanej i silikatów, odznaczają się dobrą wydajnością i cechami użytkowymi, dlatego coraz częściej zastępują produkty na bazie innych ciepłochronnych wypełniaczy.

Lekkie betony perlitowe (perlitobetony) to betony izolacyjne i izolacyjno-konstrukcyjne złożone z kompozycji perlitu i cementu o następujących właściwościach: masa objętościowa 250-1200 kg/m3, przewodnictwo cieplne µ = 0,08-0,25 W/(m•K), ognioodporność do +900°C, wytrzymałość na ściskanie od 0,5 do 10 MPa. Charakteryzują się doskonałymi własnościami izolacyjnymi. Są dźwiękochłonne, ognioodporne, lekkie, trwałe i nieszkodliwe dla zdrowia. Można je przygotowywać sposobem mokrym lub półsuchym z perlitu i cementu, bądź produkować jako suche mieszanki gotowe do użycia na budowie po wymieszaniu z wodą. Korzystne własności termiczne predestynują je do stosowania w budownictwie mieszkaniowym, np. w przypadku posadzek, podłóg, stropów, wypełnień ścian, sufitów, dachów itp., a w budownictwie przemysłowym do produkcji kształtek i osłon termoizolacyjnych produkowanych monolitycznie lub jako prefabrykaty, do odlewania fundamentów pod urządzenia pracujące w warunkach ekstremalnych temperatur (od -200 do +800°C), produkcji okładzin konstrukcji betonowych, kominów dymnych, przewodów energetycznych i chłodniczych, produkcji jednowarstwowych paneli do budowy ścian zewnętrznych typu sandwich, posadzek łazienkowych, sanitarnych, szatni, izolacji basenów itp. Odpowiednio mieszając składniki, można uzyskać różne rodzaje perlitobetonów. Na przykład perlitobeton izolacyjny o masie 400 kg/m³ osiąga minimalną wytrzymałość 0,96 MPa przy współczynniku przewodnictwa cieplnego µ = 0,140 W/m•K, a o masie 600 kg/m3 - 1,92 MPa przy µ = 0,180 W/m•K. Cięższe, izolacyjno-konstrukcyjne perlitobetony (900-1200kg/m³) otrzymuje się przez dodanie do podstawowych składników materiałów usztywniających (zbrojenia), takich jak np. włókna stalowe, tworzywowe, bazaltowe, szklane itp., dzięki czemu minimalna wytrzymałość wzrasta do kilku MPa, a µ spada do 0,250 W/m•K. Łatwość wiązania hydraulicznego perlitu ekspandowanego przy użyciu najprostszych pras lub przez zwykłe odlewanie perlitobetonów w formach pozwala produkować z niego dowolne kształtki ognioodporne i termoodporne, które są stosowane do zabezpieczenia kanałów ogniowych, izolacji termicznej praktycznie wszystkich pieców, kotłów i wysokotemperaturowych reaktorów chemicznych. Można też z niego formować rozmaite fantazyjne kształtki do kominków mieszkalnych, a także barwić pigmentami mineralnymi. Łatwo łączy się z surowcami do produkcji ceramiki budowlanej. Po zmieszaniu na mokro z glinami plastycznymi, iłami bentonitowymi (a ogólnie z materiałami bogatymi w montmoryllonit, haloizyt, lub kaolinit) daje masę, z której formuje się na prasach kształtki, po wysuszeniu wypalane w piecach ceramicznych. Otrzymany produkt - ceramicznoperlitowa kształtka ciepłochłonna - może mieć masę objętościową 250-350 kg/m³, wytrzymywać nacisk rzędu 0,5-1,5 MPa i odznaczać się wyjątkowo niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła (0,070-0,093 W/m•K). Inną jego cenną zaletą jest możliwość obróbki mechanicznej, takiej samej jak przy betonie komórkowym, oraz możliwość wielokrotnego użycia (profile kształtkowe rzadko ulegają uszkodzeniu).

Przykład podłogi perlitobetonowej:
1 - posadzka, 2 - hydroizolacja, 3 - wylewka perlibetonowa, 4 - podłoże betonowe

Interesującym wyrobem jest prostka perlitowa - cegła izolacyjna, w której perlit jest wiązany hydraulicznie. Jej gęstość pozorna wynosi 43-50 kg/m³, przewodnictwo cieplne przy +800°C sięga 0,21 W/m•K, a wytrzymałość na ściskanie nie mniej ni? 0,7 MPa. Wyrób może być stosowany w temperaturze do +800°C, jest więc doskonałym materiałem do izolacji termicznej pieców grzewczych i urządzeń cieplnych eksploatowanych w hutach, odlewniach, cegielniach, elektrowniach i elektrociepłowniach, w urządzeniach grzewczych przemysłu maszynowego i metali nieżelaznych, w przemyśle chemicznym, ceramicznym i in. Perlit ma dobre własności pełzania (rozpływowe), daje się wdmuchiwać pneumatycznie, wsypywać, rozsypany po powierzchni praktycznie całkowicie "rozlewa się" po niej i dlatego można go aplikować w różnorakie szczeliny i przegrody w budowlach i "rozlewać" po poziomych powierzchniach. Ten sypki materiał izolacyjny jest wytrzymały na obciążenia, więc można go stosować pod wylewki i mokre jastrychy. Może tworzyć tak?e samodzielną warstwę izolacyjną pod wylewki suche. Nadaje się do izolowania stropów drewnianych dachów i poddaszy (na sucho i na mokro). W podobny sposób wykorzystuje się go jako materia3 izolacyjny do nowo wznoszonych i remontowanych przewodów kominowych. Nadaje się do wypełniania przestrzeni między podwójnymi ścianami i różnego rodzaju pustaków - gipsowych, betonowych, trocinobetonowych, keramzytobetonowych itp. W celu uzyskania warstw termoizolacyjnych, dźwiękochłonnych i ogniotrwałych do zasypów luźnym granulatem wykorzystuje się ziarna perlitu o wielkości 2-5 mm (termoizolacyjność warstwy perlitu o grubości 8 cm równoważy 80 cm muru ceglanego). Oprócz metody wdmuchiwania stosuje się także wylewki cementowe, anhydrytowe lub gipsowe. Ich współczynnik przewodzenia ciepła waha się od 0,08 do 0,21 W/m•K, a wytrzymałość na ściskanie - od 0,08 Mpa do 6,5 MPa. Dodanie do zapraw niewielkich ilości piasku poprawia ich parametry wytrzymałościowe. Perlit powlekany asfaltem lub substancjami hydrofobizującymi umożliwia jego zastosowanie w budownictwie (zwłaszcza przemysłowym) wszędzie tam, gdzie istnieje realne oddzialywanie agresywnych substancji chemicznych. Powierzchnia perlitu hydrofobizowanego dobrze absorbuje naftę, benzynę, oleje, tłuszcze, smary, rozpuszczalniki niepolarne i wszystkie inne "tłuste" ciecze ropopochodne rozlane na gruncie, na wodzie (także w niej rozpuszczone). Coraz częściej perlit wchodzi w skład wyrobów budowlanych spod znaku chemii organicznej. Jego obecność w produktach zmniejsza ich gramaturę a jednocześnie zwiększa wytrzymałość mechaniczną, statyczną i dynamiczną, poprawia izolacyjność cieplną i ogniotrwałość. Dzięki tym własnościom - zachowując objętość wyrobu - można użyć od kilku do kilkudziesięciu procent wagowo mniej znacznie droższych innych komponentów (np. żywic, kredy, talku, szkła, krzemionki itp.) Nieregularna, lekko porowata powierzchnia perlitu umożliwia tworzenie bardzo dobrych mieszanin z żywicami. Perlit ekspandowany z żywicami i innymi wypełniaczami stosuje się przy produkcji: farb i tynków, elementów konstrukcji dachowych, elementów mebli i artykułów AGD, armatury łazienkowej i instalacyjnej, płyt warstwowych, pianek syntaktycznych, sztucznych marmurów, gumy, szpachlówek, szczeliw i klejów używanych w chemii budowlanej, meblarskiej, samochodowej, środków ściernych, szorujących i polerujących w chemii gospodarczej. Własności dźwiękochłonne perlitu ekspandowanego w połączeniu z betonem lub tworzywami sztucznymi wykorzystywane są do konstruowania ekranów dźwiękochłonnych przy autostradach i arteriach szybkiego ruchu w miastach.

Jacek Sawicki
(Opracowanie na podstawie materiałów firm ZGM Zębiec SA, Perlipol SC, PPUH Bogusław J. Pelar
oraz Schundler Company, Azalia, materiał fotograficzny: Silver & Baryt Ores Mining CO.)

powrót ››