Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ РАСТВОР ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к теплоизоляционным растворам, и может быть использовано при создании теплоизоляции для гражданского и промышленного строительства.

Известна композиция для приготовления облегченного кладочного раствора (Патент RU на изобретение №2528323 от 22.10.2012 г.), состоящая из портландцемента, модифицирующей добавки (суперпластификатор С-3), воды и облегченного наполнителя, характеризующаяся тем, что в качестве наполнителя используют полые стеклянные микросферы при следующем соотношении компонентов, масс. %:

портландцемент - 37,5-67,2;

полые стеклянные микросферы - 6,7-18,7;

суперпластификатор С-3 - 0,28-0,5;

вода - 25,5-43,5.

Недостатком данной композиции является высокая плотность 700…1400 кг/м³ и низкая теплозащита строительных конструкций вследствие высокого коэффициента теплопроводности в сухом состоянии 0,12…0,29 Вт/(м⋅°С).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является сухая теплоизоляционная смесь на композиционном вяжущем с плотностью от 285 до 305 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности от 0,06 до 0,07 Вт/(м⋅°С), (Шкарин А.В. Сухие теплоизоляционные смеси на композиционных вяжущих: дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.23.05:-Белгород., 2013. - 252 с.), включающая портландцемент, перлитовый песок, воду и добавки. В качестве пластифицирующей добавки использовался Melflux; редиспергируемой - VINNAPAS; порообразующей - Esapon, масс. %:

композиционное вяжущее - 7-8;

перлитовый песок - 78-80;

пластифицирующая добавка Melflux - 1,4;

редиспергируемая добавка VINNAPAS - 1,5;

порообразующая добавка Esapon - 0,1.

вода - 10-11.

Однако эта композиция отличается большей плотностью от 285 до 305 кг/м³, более высоким коэффициентом теплопроводности от 0,06 до 0,07 Вт/(м⋅°С) и меньшей морозостойкостью - 73-75 циклов.

Задачей предлагаемого изобретения является получение теплоизоляционного раствора пониженной плотности с низким коэффициентом теплопроводности, обеспечивающим высокую теплозащиту и морозостойкость конструктивных элементов зданий и сооружений.

Это достигается тем, что теплоизоляционный раствор пониженной плотности содержит микросферы - пенополистирольные шарики плотностью 10 кг/м³ и диаметром не более 5 мм; композиционное вяжущее, состоящее из портландцемента, отходов производства перлитового песка с удельной поверхностью 3000 м²/кг и пластифицирующей добавки MELMENT F10 при их соотношениях 0,793:0,195:0,012 по массе и полученное совместным помолом в вихревой струйной мельнице ВСМ-01; перлитовый песок; комплексные функциональные добавки: порообразующая - ASCO 93 и диспергируемая - GENAPOL PF 80, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

композиционное вяжущее - 10-14;

микросферы - 7,8-9,8;

перлитовый песок - 70-72;

порообразующая добавка ASCO 93 - 0,02,

диспергируемая добавка GENAPOL PF 80 - 0,03.

вода - остальное.

Характеристика компонентов:

Для получения теплоизоляционного раствора пониженной плотности использовали:

1. Композиционное вяжущее, состоящее из:

- портландцемента ЦЕМ I 42,5 Н (ГОСТ 31108-2003) ЗАО «Белгородский цемент»;

- отходов производства перлитового песка ОАО «Осколснаб», которые представляют собой тонкоизмельченный материал с удельной поверхностью S_yд=3000 м²/кг и химическим составом, масс. %: SiO₂ - 75,8; Al₂O₃ - 12,73; Fe₂O₃ - 1,47; СаО - 2,46; K₂O - 4,09; Na₂O - 3,01; MgO - 0,21; TiO₂ - 0,23.

- пластифицирующей добавки MELMENT F10, производитель BASF Construction Solutions (Trostberg, Германия), химический состав: MELMENT F10 - сульфонированный порошковый продукт поликонденсации на основе меламина, полученный методом распылительной сушки, насыпная плотность; 450-750 г/л; [Электронный ресурс: http://www.chem.eurohim.ru/catalog/dobavki-dlya-suhih-stroitelnyh-smesej/dobavki-dlya-suhih-stroitelnyh-smesej/superplastifikatory/melment ]

2. Микросферы-пенополистирольные шарики плотностью 10 кг/м³ и диаметром до 5 мм (ТУ 2214-126-05766801-2003);

3. В качестве наполнителя использовался перлитовый песок марок М75 или M150 (ГОСТ 10832-91) производства ОАО «Осколснаб»; минералогический состав перлитового песка представлен стеклом с незначительными примесями; химический состав, масс. %: SiO₂ - 75,8; Al₂O₃ - 12,73; Fe₂O₃ - 1,47; СаО - 2,46; прочие - 7,54.

4. Комплексные функциональные добавки:

- порообразующая добавка ASCO 93, состав: анионный ПАВ на базе высокомолекулярного олефинсульфоната, активное вещество - мин. 93%, сульфат натрия - макс. 5%, растворимые в петролейном эфире вещества (РЕЕ) - макс. 3%, содержание воды - баланс 2-3%; [Электронный ресурс: http://www.chem.eurohim.ru/catalog/dobavki-dlya-suhih-stroitelnyh-smesej/dobavki-dlya-uhih -stroitelnyh-smesej/poroobrazovateli/asco-93 ];

- диспергируемая добавка GENAPOL PF 80, продукт полимеризации из окиси пропилена и окиси этилена, размер частиц >500 μm - max. 20%, размер частиц > 800 μm - max. 0,8%; [Электронный ресурс: http://www.chem.eurohim.ru./catalog/dobavki-dlya-suhih-stroitelnyh-smesej/dobavki-dlya-suhih-stroitelnyh-smesej/dispergatory/genapol ].

5. Вода - ГОСТ 23732-79.

На начальном этапе получили композиционное вяжущее, состоящее из портландцемента, отходов производства перлитового песка, с добавлением пластифицирующей добавки MELMENT F10 при их соотношении 0,793:0,195:0,012 по массе, совместным помолом в вихревой струйной мельнице ВСМ-01 до удельной поверхности 600 м²/кг, масс. %:

цемент - 79,3;

отходы производства перлитового песка - 19,5;

пластифицирующая добавка MELMENT F10 - 1,2.

Очередность подачи компонентов в вихревую струйную мельницу не имеет значения.

Для исследований физико-механических и теплотехнических свойств теплоизоляционного раствора пониженной плотности было приготовлено 27 составов образцов.

Пример (таблица 1, состав 1).

Приготовление теплоизоляционного раствора пониженной плотности производили по стандартной методике, соответствующей ГОСТ 28013-98, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

композиционное вяжущее (указанное выше) - 10;

микросферы - 7,8;

перлитовый песок - 70;

комплексные функциональные добавки:

порообразующая добавка ASCO 93 - 0,02;

диспергируемая добавка GENAPOL PF80 - 0,03;

вода - 12,15.

Формование образцов - кубиков размером 30×30×30 мм, осуществлялось по ГОСТ10180-2012.

Выдержка образцов проводилась в камере нормального твердения по ГОСТ 30744-2001 в течение 28 суток.

Физико-механические и теплотехнические показатели полученных изделий определяли по стандартным методикам: среднюю плотность по ГОСТ 12730.1-78; прочность при сжатии по ГОСТ 310.4-81; теплопроводность по ГОСТ 7076-99; морозостойкость по ГОСТ 10060-2012.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

По итогам анализа проведенных исследований был получен технический результат - снижение средней плотности и теплопроводности предлагаемого состава теплоизоляционного раствора, а также повышение прочности и морозостойкости. Средняя плотность полученных образцов в высушенном состоянии 240-260 кг/м³, прочность при сжатии составляет 1,3-1,43 МПа, коэффициент теплопроводности в сухом состоянии 0,051-0,059 Вт/(м⋅°С), а морозостойкость 80-100 циклов.

Микроскопические исследования композиционного вяжущего, состоящего из портландцемента, отходов производства перлитового песка и пластифицирующей добавки MELMENT F10 при их соотношениях 0,793:0,195:0,012 по массе и полученного совместным помолом в вихревой струйной мельнице ВСМ-01, показали, что его микроструктура имеет свои особенности, обусловленные составом композиционного вяжущего и формой частиц (фигура 1). В вихревой струйной мельнице они истирались не только между собой, но и в струйных потоках о внутреннюю стенку мельницы, раздавливались между мелющимися телами и футеровкой камеры. Зерна отходов производства перлитового песка имеют преобладающий размер частиц 22 мкм, что в два раза меньше размера частиц портландцемента. Форма частиц полученного композиционного вяжущего создает дополнительные подложки для формирования кристаллогидратов кальция, которые обволакивают пористый сферический наполнитель, создавая усиленный каркас, воспринимающий на себя нагрузку от внутренних напряжений, возникающих из-за деформации структуры как на стадии твердения (влажностная усадка, контракция, химическое расширение), так и в период эксплуатации (температурные и влажностные деформации). Кроме того, сферический пористый наполнитель в составе полученного теплоизоляционного раствора способствует релаксации механических напряжений, возникающих в цементном камне вследствие его усадочных деформаций, обеспечивающей повышение прочности и морозостойкости. Применение предлагаемого теплоизоляционного раствора пониженной плотности позволит уменьшить толщину наружной теплоизоляции стен зданий и сооружений, следовательно, повысить энергоэффективность строительных конструкций, а также обеспечить повышение трещиностойкости и долговечности. Существенно снизить материальные затраты при строительстве.