Результат интеллектуальной деятельности: Термопанель фасадная высокопрочная и способ её изготовления

Предлагаемая группа изобретений относится к области строительства, и может быть использована для изготовления термопанелей фасадных высокопрочных для облицовки с утеплением стеновых конструкций как вновь возводимых зданий, так и реконструкция ветхих зданий и сооружений в жилищно-гражданском, промышленном, сельскохозяйственном, транспортном и других видах строительства.

У всех общеизвестных стеновых облицовочных панелей есть ряд общих недостатков, это:

- стыковку панелей осуществляют по лицевой поверхности, в результате чего заметны места соединения панелей, что существенным образом ухудшает декоративные качества облицовочных панелей;

- видимый способ закрепления, результатом которого является либо глубокий зазор между плитками из-за наличия крепежных элементов, или присутствие на лицевой поверхности фасадного материала шурупов, или декоративных элементов, маскирующих их;

- монтаж таких панелей требует больших сроков и профессиональных навыков;

- бесчисленное множество комплектующих элементов усложняет комплектацию;

- крепежные элементы являются мостиками холода и в процессе эксплуатации подвержены коррозии.

При затяжке шурупов, в процессе монтажа панелей необходимо соблюдать осторожность с приложением крутящего момента затяжки, или использовать динамометрический инструмент, чтобы не произошел скол декоративно-защитного слоя, который в дальнейшем, выступая концентратором напряжений, непременно приведет к растрескиванию материала.

Известна плита облицовочная декоративная утеплительная, содержащая теплоизоляционную основу, соединенную с декоративно-защитным слоем, и отверстия для крепления плиты на стеновую конструкцию (см. описание к патенту на полезную модель Российской Федерации №109771, МПК Е04С 2/288, опубл. 27.10.2011 г.).

Известная плита облицовочная декоративная утеплительная выполнена в виде квадрата размером 500×500 мм и толщиной от 30 до 50 мм с отверстиями для установки крепежных элементов. Готовые плиты располагают на наружных поверхностях стеновой конструкции (фасада) зданий и сооружений встык рядами и крепят с помощью дюбелей фасадных или других известных крепежных элементов. Стыки и места креплений плит, находящиеся на лицевой поверхности декоративно-облицовочного слоя, герметизируют специальными герметиками, структура которых отлична от бетонной поверхности плит, ввиду чего окрашенные места с течением времени под действием ультрафиолетовых излучений будут выделяться на поверхности фасада другим цветовым оттенком, что является недостатком.

Стыковочные швы и головки крепежных элементов герметизируют, поверхность плит окрашивают фасадными красками, что ведет к усложнению, увеличению сроков и удорожанию монтажных работ, а также требует благоприятных погодных условий. Такой метод проведения монтажных работ с герметизацией швов и мест крепления на лицевой поверхности и покраской фасада, требует проведения периодического косметического ремонта во время эксплуатации, а именно герметизации швов, покраски, что требует значительных финансовых затрат, как на проведение данных работ с установкой строительных лесов, так и на материалы.

Известна плита облицовочная декоративная утеплительная, принятая в качестве прототипа, содержащая теплоизоляционную плиту, соединенную с декоративно - защитным слоем, снабженным монтажными отверстиями для крепления, и элементами для соединения плит при стыковке на противоположных торцах плит (см. описание к патенту на изобретение Российской Федерации №2117742, МПК Е04F 13/00, опубл. 20.08.1998 г.).

Декоративно-защитный слой данной теплоизоляционной плиты выполнен из армированного полимера и имеет отверстия, в которые замоноличены фиксирующие элементы. В фиксирующие элементы устанавливают герметизирующие пробки. Днища фиксирующих элементов выполнены с отверстием для установки шурупа или винта при креплении плиты на стеновую конструкцию. Герметизирующие пробки выполнены с головкой, заполненной материалом декоратавно-защитного слоя и устанавливаются в отверстия после крепления плиты на стеновой конструкции.

Недостатком является недостаточная герметизация пробкой мест креплений, так как между замоноличенным фиксирующим элементом и устанавливаемой пробкой необходим технологический зазор для ее установки. Через данные зазоры возможно попадание влаги, что может привести к коррозии крепежных элементов и дальнейшему их выходу из строя.

Многокомпонентность элементов соединения плит к стеновой конструкции усложняет их изготовление и использование, что также является недостатком.

Кроме того, стыкуемые элементы для соединения в виде выступов и соответствующих им впадин (типа «шип-паз») выполнены на противоположных торцах плиты в средней части торцовой поверхности и расположены на всю длину боковых стенок, что затрудняет стыковку плит. Если стены не имеют идеальной плоскости, то при сопряжении соседних плит возможен излом соединительных элементов при их стыковке. К недостаткам относится сложность, и трудоемкость изготовления изделий с такой конфигурацией соединительных элементов в средней части торцевой поверхности, так как нужны специальные дорогостоящие формы для обеспечения возможности извлечения готового изделия из формы.

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является получение термоплиты с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, такими как: высокая прочность на изгиб, низкое влагопоглощение, высокая морозостойкость, увеличение долговечности (срока службы), без проведения в процессе эксплуатации косметического и капитального ремонта; снижение трудоемкости при ее изготовлении и монтаже, как за счет формы, так и снижения веса панели; а также получение плиты обладающей (безупречным внешним видом) выразительной декоративностью.

Технический результат достигается тем, что термопанель фасадная высокопрочная, содержащая теплоизоляционную плиту, соединенную с декоративно-защитным слоем, снабженным монтажными отверстиями для крепления на стеновую конструкцию и элементами для соединения по типу «шип-паз», расположенными на противоположных торцах плиты, отличается тем, что в качестве материала декоративно-защитного слоя использован фибропескобетон, дополнительно армированный стеклопластиковыми стержнями, при этом элементы соединения представляют собой торцевые части термопанели, выполненные виде фигурных выступов и соответствующих им фигурных впадин (пазов) на всю толщину термопанели, а стекло-пластиковые стержни расположены параллельно по ширине термопанели с закладкой в каждый элемент соединения.

Кроме того, декоративно-защитный слой термопанели может быть армирован как единичными стеклопластиковыми стержнями, расположенными параллельно по ширине термопанели с закладкой в каждый соединительный элемент, так и решеткой, образованной из стеклопластиковых стержней, соединенных поперечными связями.

Кроме того, декоративно-защитный слой с лицевой стороны может быть выполнен с имитирующими швы кладки канавками, глубиной не более 1/3 толщины декоративно-защитного слоя, расположенными как в средней части термопанели, так и по периметру термопанели или на двух смежных сторонах.

Кроме того, отверстия для крепления могут быть расположены в канавках декоративно-защитного слоя и выполнены двухступенчатыми с диаметрами, соответствующими диаметрам используемых при монтаже термопанели крепежных элементов.

В качестве материала для декоративно-защитного слоя использован фибропескобетон, в состав которого введены вяжущее, добавка к вяжущему в виде минеральных веществ с высокой пуццолановой активностью, пластификатор, заполнитель, пигмент железо окисный, фибра и редиспергируемый порошок, при этом:

- в качестве вяжущего использован цемент белый марки М600 Д0 импортный (Турецкий Adana) или другой высокомарочный белый или серый цемент;

- в качестве добавки к вяжущему использованы минеральные вещества с высокой пуццолановой активностью (метакаолин, микрокремнезем, др.).

- в качестве заполнителя использованы кварцевый песок, карьерный песок, мука кварцевая и др.;

- в качестве пластификатора использован суперпластификатор марки Melflux 5581F производитель BASF или суперпластификатор марки Sika ViscoCrete 25 RU производитель SIKA или аналогичные сходные по своим характеристикам вещества;

- в качестве пигмента использован пигмент железоокисный Bayferrox, концерн «Bayer» или пигмент Pigments компании Rockwood и др.;

- в качестве фибры использовано высокомодульное полиакриловое армирующее волокно (ПАВ) или стеклофибра, полипропиленовая фибра или др.;

- в качестве редиспергируемого порошка использован VINNAPAS® 5044 N, производитель Wacker Chemie AG (Германия) или ELOTEX производитель AKZO NOBEL или другие аналогичные вещества.

Предлагаемая термопанель фасадная имеет высокую прочность, низкое влагопоглощение, высокую морозостойкость, идеально гладкую, не имеющую пор и трещин лицевую поверхность, сопоставимую с керамической плиткой за счет компонентов, введенных в декоративно-защитный слой, в результате чего отпадает необходимость в проведении регулярного косметического ремонта.

Предлагаемая термопанель фасадная высокопрочная иллюстрирована чертежами, где: на фиг. 1 - сечение А - А общего вида термопанели фасадной высокопрочной; на фиг. 2 - термопанель фасадная высокопрочная (кладка гладкого лицевого кирпича), общий вид; на фиг. 3 - расположение стержней стеклопластиковой арматуры в термопанели фасадной высокопрочной; на фиг. 4 - расположение решетки из стеклопластиковой арматуры в термопанели фасадной высокопрочной; на фиг. 5 - термопанель фасадная высокопрочная (кладка природного камня), общий вид; фиг. 6 - стыковка термопанелей на наружной поверхности стеновой конструкции; на фиг. 7 - термопанель фасадная высокопрочная (кладка из колотого (камня) кирпича), общий вид.

Предлагаемая термопанель содержит теплоизолирующий слой 1, соединенный с декоративно-защитным слоем 2. Материал и толщина теплоизолирующего слоя 1 зависят от климатической зоны применения фасадных термопанелей. Теплоизолирующий слой 1 термопанели предоставляет собой жесткий листовой теплоизолирующий материал, например, пенополистирольную или минераловатную плиту и др., толщиной в зависимости от климатических условий эксплуатации стеновой конструкции.

Элементы для соединения выполнены в виде фигурных выступов 3 и соответствующих им фигурных впадин (пазов) 4 на торцах термопанели во всю ее толщину, т.е. на суммарную толщину декоративно - защитного слоя 2 и теплоизолирующего слоя 1. Термопанель армирована стеклопластиковой арматурой в виде стержней 5, автономно и параллельно расположенных по ширине термопанели с закладкой концов стержней 6 в каждый выступ 3 и паз 4, или стержней 6 соединенных между собой поперечными связями 7, образующими решетку, форма которой зависит от конфигурации панели и потенциально слабых мест требующих упрочнения и для придания термопанели прочности на изгиб и минимизации возможной порчи торцов термопанели при выемке из формы, последующей погрузке-разгрузке, транспортировке и монтажных работах.

Лицевая сторона декоративно-защитного слоя 1 может иметь гладкую фактуру или фактуру природного камня (шероховатую) и может быть выполнена с канавками 8, имитирующими, например швы кладки, расположенными между целым кирпичом (см. фиг. 2) или колотым кирпичом (см. фиг. 6) или природным камнем (см. фиг. 4). Такие же канавки расположены дополнительно на двух смежных сторонах термопанели для осуществления малозаметной стыковки термопанелей между собой (для скрытия мест стыковки) при креплении на стеновой конструкции. Глубина канавок 8 составляет не более 1/3 толщины декоративно-защитного слоя 1.

Канавки 8 могут быть выполнены по всему периметру термопанели, при этом ширина их будет равна половине от ширины канавки 8, расположенной в средней части термопанели и при стыковке термоплит, при креплении на стеновой конструкции, ширина их суммируется, образуя целую канавку и незаметный стыковочный шов.

Монтажные отверстия 9 могут быть расположены в канавках 8 в средней части термопанели. Монтажные отверстия 9 при этом выполнены двухступенчатыми, с диаметрами, соответствующими диаметрам стержня и шляпки крепежных элементов, используемых при монтаже термопанели, что предотвращает появления сколов декоративно-защитного слоя 1 при креплении термопанелей на стеновую конструкцию (крепежные элементы на чертеже не показаны).

Элементы для выполнения монтажных отверстий 9 и канавок 8 и фигурных выступов 3 и соответствующих им пазов 4, а также элементы для образования на декоративно - защитном слое 2 фактуры колотого природного камня предусмотрены в заливочной форме при изготовлении термопанели.

Монтаж предлагаемых термопанелей при проведении работ по утеплению и облицовке фасадов осуществляется следующим образом.

Готовые термопанели устанавливают на наружной поверхности стеновой конструкции зданий и сооружений рядами встык, совмещая фигурные выступы 3 и соответствующие им пазы 4 по типу шип - паз, предварительно обработав стыки двух соседних панелей, для теплоизолирующего слоя 2 -пеной монтажной или специальной клеевой массой для теплоизоляции, для декоративно-защитного слоя 1 - герметиком или составом, аналогичным составу декоративно-защитного слоя. Затем для обеспечения надежной фиксации термопанели крепят на стеновую конструкцию по монтажным отверстиям 9 с помощью дюбелей фасадных или иных крепежных деталей. Для устранения мостиков холода головки крепежных элементов, например, дюбелей фасадных после установки покрывают теплоизоляционным покрытием, например сверхтонкой теплоизоляцией Броня Антикор или аналогичным покрытием - специальной композицией с повышенными адгезионными и антикоррозионными характеристиками, устойчивой к УФ-излучению и действию химикатов. Покрытие повышает срок службы изолируемой поверхности и защищает от коррозии (см. http://www.nano34.ru/thermalinsulation/anticor.php)

Для изготовления предложенной термопанели предлагается способ, связанный с ней единым изобретательским замыслом.

Известен способ изготовления плит, включающий последовательную приготовление смеси, содержащей фибру, для изготовления декоративно-защитного слоя, укладку смеси в форму, установку теплоизоляционного слоя, соединение теплоизоляционного слоя с декоративно-защитным слоем, отверждение и выемку из формы (см. описание к патенту на полезную модель Российской Федерации №159997, МПК Е04С 2/00, опубл. 01.09.2015 г.).

В случае выполнения декоративно-защитного слоя из гипсоцементного состава с добавлением полимерных добавок на основе карбоксилатов и винилацетата и армирование его комбинацией стеклофибры и композитной решетки известный способ позволяет упростить процесс изготовления изделия, поскольку при изготовлении плиты не требуется вибростол.

Смесь, используемая для формирования декоративно-защитного слоя и содержащая 55% гипса и 30% цемента, а также 3.5% полимерных добавок на основе карбоксилатов и винилацетата, заливается в матрицу, с предварительно нанесенным на форму разделительным слоем для облегчения последующей расформовки. После заливки смеси она выдерживается до момента образования на ее поверхности пленки, обладающей адгезией к пенополистиролу и другим теплоизолирующим материалам, что увеличивает сроки формования изделия. Затем теплоизолирующий материал накладывается на поверхность смеси и немного прижимается для более равномерного соприкосновения с декоративно-защитным слоем. После застывания декоративно-защитного слоя и последующей выдержки плиты получают монолитное изделие. В качестве теплоизолирующего материала могут быть использованы любые виды утеплителей.

Однако смеси гипсовых вяжущих с портландцементом при твердении характеризуется неустойчивостью вследствие образования трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция из высокоосновных алюминатов кальция, содержащихся в портландцементе и сульфата кальция (см. Александр Васильевич Волженский «Минеральные вяжущие вещества (технология и свойства)», Стройиздат, 1979 г., стр. 447, 458). Через 1-3 месяца возникают деформации, обуславливающие не только падение прочности, но и разрушение системы. Кроме того, в процессе интенсивного смешивания компонентов происходит большое воздухововлечение в массу и при формовании изделия без применения вибростола, вовлеченный воздух не выходит из теста, существенно ухудшая физико-химические показатели плиты, такие как прочность, влагопоглощение, морозостойкость и долговечность.

Известен способ изготовления плит, включающий приготовление смеси для изготовления декоративно-защитного слоя, армированного фиброй, укладку смеси в форму, установку теплоизоляционного слоя, соединение теплоизоляционного слоя с декоративно-защитным слоем на ударном элекро-магнитном вибростоле, отверждение, и выемку из формы (см. описание к патенту на полезную модель Российской Федерации №161250, МПК Е04С 2/00, опубл. 10.04.2016 г.).

Декоративно-защитный полимерцементно-песчанный армированный фиброволокном слой помещают в форму с предварительно нанесенным на форму разделительным слоем для облегчения последующей расформовки.

Соединение теплоизоляционного слоя с декоративно-защитным слоем, осуществляют за счет вибрации на импульсном вибростоле и последующим сращиванием слоев на другом ударном элекромагнитном вибростоле за счет ударных элекромагнитных колебаний, вследствие чего происходит проникновение жидкой смеси декоративно-защитного слоя в пористую поверхность теплоизоляционной основы.

Недостатками известного способа являются излишние трудо-, время- и энергоемкость производства панелей фасадных утеплительных. Сращивание осуществляют за счет применения элекромагнитного вибростола, что существенно увеличивает время изготовления продукции, а также увеличивает затратную часть, за счет увеличения дополнительных операций, при этом снижается объем выхода готовой продукции и требуется дополнительное оборудование и соответственно его техническое обслуживание.

Известен способ изготовления плит, принятый в качестве прототипа, включающий приготовление смеси для изготовления декоративно-защитного слоя, армированного фиброй, укладку смеси в форму, установку теплоизоляционного слоя, соединение теплоизоляционного слоя с декоративно-защитным слоем, получаемым при вибрации формы, отверждение, и выемку из формы (см. описание полезной модели к патенту Российской Федерации №109771, МПК Е04С 2/288, опубл.27.10.2011 г.).

Декоративно-защитный слой представляет собою жидкую полимерцементнопесчаную смесь, армированную фиброволокном с применением полимеризующей добавки (например, поливинилацетат) и пластификатора (например, С-3 выпускаемый Московским ОАО «Полипласт»), укладываемый в форму с предварительно нанесенным разделительным слоем для улучшения последующей расформовки.

Частичное соединение слоев происходит за счет проникновения при вибрации жидкой смеси декоративно-защитного слоя в пористую поверхность теплоизолирующего слоя.

Окончательное соединение (сращивание) материалов плиты происходит на импульсном вибростоле. После застывания декоративно-защитного слоя и последующей выдержки плиты облицовочной декоративной утеплительной получают монолитное изделие.

Недостатками известного способа являются излишние трудо-, время- и энергоемкость производства панелей фасадных утеплительных. Сращивание осуществляют за счет применения импульсного вибростола, что существенно увеличивает время изготовления продукции, а также увеличивает затратную часть, за счет увеличения дополнительных операций, при этом снижается объем выхода готовой продукции и требуется дополнительное оборудование и соответственно его техническое обслуживание. В известном способе необходимо нанесение разделительного слоя в заливочные формы, что создает дополнительную трудоемкость и затраты на разделительный состав.

Получаемый полимерцементно-песчанный армированный фиброволокном декоративно-защитный слой обладает низкой прочностью, высоким влагопоглощением, низкой морозоустойчивостью, и недостаточной удобоукладываемостью.

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого технического решения-способа изготовления термоплиты является получение термоплиты с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами; снижение трудоемкости изготовления; снижение веса за счет уменьшения толщины декоративно-защитного слоя путем выполнения его из высокопрочного армированного фибропескобетона; увеличение долговечности (срок службы); снижение стоимости.

Технический результат достигается тем, что способе изготовления термопанели фасадной высокопрочной, включающем приготовление содержащей фибру смеси для изготовления декоративно-защитного слоя и укладку ее в форму для последующего формования методом вибролитья в форме, укладку в форму теплоизоляционного слоя, соединение теплоизоляционного слоя с декоративно-защитным слоем, выемку из формы и отверждение имеются отличия, а именно, для изготовления декоративно-защитного слоя термопанели фасадной высокопрочной используют смесь, состоящую из вяжущего - цемента белого марки М600, добавки к вяжущему в виде смеси минеральных веществ с высокой пуццолановой активностью из числа - метакаолин, микрокремнезем, зола-унос, редиспергируемого порошока для увеличения адгезии бетона и пластификатора, воды, заполнителя в виде смеси муки кварцевой, песка кварцевого тонкозернистого размером 0,16-0,63 мм и песка карьерного размером 1,0-1,9 мм, и пигмента железоокисного, в процессе вибрации декоративно-защитный слой термопанели дополнительно армируют стеклопластиковой арматурой, укладку теплоизоляционного слоя осуществляют с одновременным его пригрузом сверху сразу же после помещения в форму стеклопластиковой арматуры, после чего вибрацию отключают, отверждение панели в форме ведут методом естественной сушки в течение 12-16 часов, а дальнейший набор прочности осуществляют вне формы.

В качестве стеклопластиковой арматуры используют стеклопластиковые стержни, которые укладывают в каждый элемент для соединения или решетку, изготовленную из стеклопластиковых стержней, соединенных поперечными связями.

Кроме того, в случае изготовления термопанели фасадной высокопрочной, содержащей элементы для соединения на торцевых частях, стеклопластиковую арматуру укладывают в каждый элемент для соединения.

Термопанель фасадную высокопрочную изготавливают следующим образом.

Вначале в высокоскоростном активаторе готовят сухую смесь, смешивая вяжущее - цемент белый марки М600 и добавку к вяжущему в виде минеральных веществ с высокой пуццолановой активностью - метакаолин, микрокремнезем, затем добавляют редиспергируемый порошок VINNAPAS® 5044 N или Wacker Chemie AG и пластификатор Melflux 5581F или Sika ViscoCrete 25 RU.

Затем сухую смесь подают в бетономешалку, перемешивают с водой и дополнительно вводят заполнитель - муку кварцевую и песок кварцевый тонкозернистый размером 0,16-0,63 мм и песок карьерный размером 1,0-1,9 мм, а также пигмент железоокисный Bayer или Rockwood Pigments и фибру - высокомодульное полиакриловое армирующее волокно, в результате чего получают высокоподвижную, пластичную, самоуплотняющуюся смесь, не прилипающую к форме, проникающую в поры утеплителя, и не требующую нанесения на форму разделительного слоя для облегчения расформовки.

Полученную массу закладывают в форму, расположенную на вибростоле, подвергают вибрации. Дополнительно в процессе вибрации армируют декоративно-защитный слой 1 термопанели стеклопластиковой арматурой. Далее производят укладку теплоизоляционного слоя 2 с одновременным его пригрузом сверху сразу же после помещения в форму стеклопластиковой арматуры, после чего вибрацию отключают.

В качестве стеклопластиковой арматуры могут использовать стеклопластиковые стержни или решетку, предварительно изготовленную из стеклопластиковых стержней, соединенных поперечными связями.

В случае изготовления термопанели фасадной высокопрочной с элементами для соединения расположенных на торцах термопанели, стеклопластиковую арматуру помещают с укладкой в каждый элемент для соединения.

В предлагаемом способе для вклеивания теплоизоляционного слоя и армирования используют угасающую энергию вибрации в сочетании с одновременным пригрузом сверху. За счет вибрации происходит всасывание бетонной массы в пористую поверхность утеплительного слоя, и происходит надежное скрепление слоев 1 и 2 термопанели без применения дополнительного оборудования, что удешевляет процесс. Стеклопластиковая арматура внедряется под действием вибрации в фибропескобетон. Пригружаемый сверху утяжелитель повторяет форму изделия и служит для равномерного склеивания, что позволяет экономить электроэнергию и время на сшивание слоев. Введение в смесь редиспергируемого порошка - VINNAPAS® 5044 N или Wacker Chemie AG способствует получению высокопластичной структуры бетонного состава и надежному скреплению теплоизоляционного слоя 2 с декоративно-защитным слоем 1 за счет проникновения бетонного состава в поры утеплителя при вдавливании.

Далее в форму перемещают на стеллажи для отверждения термопанели методом естественной сушки на 12-16 часов в зависимости от температуры окружающей среды, затем термопанель вынимают из формы и подают в цех готовой продукции для дальнейшего набора прочности.

После расформовки изделие проходит визуальный контроль качества и отправляется в цех готовой продукции для дальнейшего набора прочности.

Предлагаемый состав фибропескобетона способствует получению цементного камня в первые сутки твердения с прочностью достигающей 80 - 90% от марочной, что увеличивает оборачиваемость форм и, следовательно, повышает производительность, а введение микрокремнезема, метакаолина и кварцевой муки снижает расход цемента до 30%, удешевляя себестоимость термопанели.

Предлагаемая термопанель фасадная за счет компонентов, введенных в декоративно-защитный слой, имеет высокую прочность при сжатии в воздушно - сухом состоянии равную 50 МПа, а также низкое влагопоглощение, не более 3%, высокую морозостойкость не менее 300 циклов, идеально гладкую, не имеющую пор и трещин лицевую поверхность, сопоставимую с керамической плиткой, и не потребует косметического ремонта на всем протяжении эксплуатации.