Торфодревесная композиция для изготовления теплоизоляционных строительных материалов

Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе торфодревесного сырья и может найти применение при изготовлении плит, блоков, скорлуп для теплоизоляции жилых, промышленных зданий и промышленного оборудования. Торфодревесная композиция для изготовления теплоизоляционных строительных материалов содержит, мас.%: в качестве вяжущего - диспергированный низинный торф 20,5-28,5, древесные опилки как наполнитель 61-73, гидрофобизирующую добавку 3,0-5,0 и пенообразующую добавку 3,5-6,5 при водотвердом отношении 2,0-2,4. Технический результат: получение водостойкого, однородного строительного материала с низкой плотностью и низким коэффициентом теплопроводности. 2 табл.

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе торфодревесного сырья и может найти применение при изготовление плит, блоков, скорлуп для теплоизоляции жилых, промышленных зданий и промышленного оборудования.

Известна композиция для изготовления теплоизоляционного материала для строительных конструкций, включающая торф 20-60%, полифенолгликолевый полимер 34-65%, отвердитель 2-5%, алюминиевую пудру - 2-5%, вспенивающий агент 2-5%. Торф применяется в качестве наполнителя, вяжущим является полифенолгликолевый полимер. Смесь тщательно перемешивают, формуют изделия и подвергают сушке. Прочность на сжатие изделий 2,96-7,41 кг/см², плотность 150-350 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,02-0,05 Вт/м·К. Недостатком этого состава является выход свободного фенола при эксплуатации (авт.св. СССР № 833920. Бюл.№ 20 от 30.05.81), что оказывает вредное воздействие на окружающую среду и здоровье людей.

Известна также сырьевая смесь для изготовления древесно-торфяных строительных материалов, содержащая верховой торф (степень разложения 5-15%) в количестве 10-25 мас.%, древесные отходы 20-40 мас.%, бишофит 6-25 мас.%, алюмохромофосфат 1-3 мас.% и магнезит остальное. Смесь тщательно перемешивают и формуют изделия при 150-160°С и давлении 3-5 МПа. Прочность при сжатии торфяных изделий указанного состава составляет 11,0-18,0 МПа. Недостатком указанных торфяных изделий является их высокая плотность 960-1000 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,11-0,17 Вт/м·К (авт.св. СССР № 2005108. Бюл. № 47-48 от 30.12.93).

Известна также композиция, содержащая в качестве связующего портландцемент, торф и его производные, древесные отходы и воду в качестве жидкости затворения при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%: портландцемент 33-38; древесные отходы торфяных месторождений 20-25; верховой торф 4-12; торфяная вытяжка 1-3; вода 22-42. При этом верховой торф используют со степенью разложения 5-10% и влажностью 55-70%, который вместе с древесными отходами вымачивают предварительно в воднометинольном растворе с концентрацией метанола 6-10 г/л при 80-100°С в течение 2-5 мин. Максимальная прочность композиции составляет 6,41 МПа, коэффициент теплопроводности 0,12 Вт/м·К (авт.св. СССР № 1244122. Бюл. № 26 от 16.07.86).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к описываемой является теплоизоляционная масса по патенту РФ № 2120424. опубл. 20.10.98, БИ № 29. Теплоизоляционная масса имеет следующий состав, мас.% сухого вещества: гранулированный торф 2-50, наполнитель (опилки, костра, соломенная резка) 30-61, связующее (диспергированный торф) 18-42, вода до влажности 76-85%. Недостатком прототипа является сравнительно высокий коэффициент теплопроводности, высокая средняя плотность и низкая прочность.

Известно, что в качестве вяжущего при изготовлении строительных материалов использовался верховой торф, например в композициях по авт.св. СССР № 1244122. Бюл. № 26 от 16.07.86, ав.св. СССР № 2005108. Бюл. № 47-48 от 30.12.93, авт.св. СССР № 1794929. Бюл. № 6 от 15.02.93. Верховой торф отличается от низинного более высоким содержанием органических (битуминозных веществ). Поскольку аналогом прототипа является известная теплоизоляционная смесь, включающая в качестве вяжущего битум (авт.св. № 304823), то можно предположить, что в прототипе речь идет о верховом диспергированном торфе как вяжущем для теплоизоляционной массы.

Задача изобретения - используя в качестве торфовяжущего низинный торф, диспергированный в водной среде, получить водостойкий, однородный строительный материал с низкой плотностью и с низким коэффициентом теплопроводности.

Задача решена следующим образом.

Общим с известной композицией, принятой за прототип, является наличие в ее составе диспергированного торфа в качестве вяжущего, древесного наполнителя в виде древесных опилок и воды. Но в отличие от прототипа в заявляемой торфодревесной композиции использован в качестве вяжущего - диспергированный в воде низинный торф. Отличается заявляемая композиция еще тем, что она дополнительно содержит гидрофобизирующую и пенообразующую добавки, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Древесные опилки	61-73
Низинный торф	20,5-28,5
Пенообразующая добавка	3,5-5,5
Гидрофобизующая добавка
при водотвердом отношении
(В/Т) 0-2,4	3,0-5,0

Торфодревесная композиция отличается от прототипа также тем, что в частном случае в качестве гидрофобизирующей добавки она содержит добавку на основе силансилаксановых соединений (например, "Аквасил"), а в качестве пенообразующей добавки - добавку на основе раствора сбалансированной смеси анионных и неионогенных ПАВ и белковых добавок (например "Биолас").

Оптимальный состав заявляемой композиции отвечает следующему содержанию компонентов, мас.%:

Древесные опилки	67
Низинный торф	24,5
Пенообразующая добавка	4,5
Гидрофобизующая добавка
при водотвердом отношении
2-4,0	4,0

Низинные торфа использовались в основном как наполнитель в композициях с минеральными или органическими вяжущими веществами (цемент, гипс, известь, битум, полимеры), например в композициях по авт.св. СССР № 833920. Бюл. № 20 от 30.05.81, авт.св. СССР № 1759813. Бюл. № 33 от 07.09.92. Проведенные экспериментальные исследования показали, что низинный торф отличается от верхового повышенным содержанием минеральных веществ, по составу близких к минералам портландцемента, гидромеханическая активация инициирует вяжущие свойства низинного торфа что обуславливает его более высокую, чем у верхового торфа, адгезию к поверхности древесного заполнителя при твердении в нормальных условиях. Кроме того, низинный торф обладает по сравнению с верховым более низкой гигроскопичностью и водопоглощением, что также сказывается на повышении влагостойкости по сравнению с верховым, высокой степенью разложения, что повышает его биостойкость, большей однородностью гранулометрического состава, значительно меньшей кислотностью (рН 6-8). Исследованиями также установлено, что для повышения прочности строительного материала, содержащего низинный торф как вяжущее, в качестве каркасообразующего компонента эффективнее использовать древесные опилки, а для модифицирования свойств торфодревесного композита в качестве пенообразователя использовать раствор сбалансированной смеси анионных и неионогенных ПАВ и белковых добавок. К таким добавкам относятся широкоизвестные добавки марок: "Биолас", ТЕАС, НЕОПОР и др. Теплоизоляционный торфодревесный композит с использованием пенообразователя приобретает мелкопористую, однородную структуру, что положительно сказывается на теплопроводности материала. В качестве гидрофобизирующей добавки эффективнее использовать "Аквасил", ГКЖ-94 и др. на основе силансилаксановых соединений. Экспериментально установлено, что возможно применение любых других веществ в качестве добавок, которые обладают гидрофобизирующими или пенообразующими свойствами, которые дают необходимый эффект повышения водостойкости и пористости, но приведенные выше группы добавок-модификаторов обладают повышенным сродством к композиту, обеспечивая наилучшие результаты.

Учитывая значительные запасы низинных торфов, невостребованность его в других отраслях, а также наличие в составе активных функциональных групп, обеспечивающих потенциальные возможности физико-химического модифицирования, можно отнести низинный торф к перспективным местным природным сырьевым материалам, пригодным, как показали эксперименты, в качестве вяжущего для изготовления теплоизоляционных материалов. Заявляемая композиция не выявлена из уровня техники, это доказывает новизну заявляемой композиции и соответствие ее признаку "Изобретательский уровень".

Для приготовления композиции готовят пять смесей ингредиентов (табл.1). Представленные интервалы ингредиентов получены в результате экспериментальных исследований и оптимизации полученных результатов. Технические характеристики торфодревесной композиции за пределами полученных значений не обеспечивают решения поставленной задачи получения водостойкого, однородного строительного материала с низкой плотностью и с низким коэффициентом теплопроводности.

Таблица 1 Составы смесей
Компоненты смеси	Содержание компонентов, мас.%
1	2	3	4	5
Торф низинный	20,5	22,5	24,5	26,5	28,5
Опилки древесные	73	70	67	64	61
Гидрофобизирующие добавки "Аквасил"	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
Пенообразующие добавки "Биолас"	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5
В/Т	2,4	2,3	2,2	2,1	2,0

Низинный торф измельчают совместно с водой (80% от общего количества воды) в шаровой мельнице до степени измельчения 5-10 мкм. К полученному торфовяжущему добавляют древесные опилки и гидрофобизирующую добавку. Пенообразующую добавку готовят отдельно, взбивая добавку в воде, оставшуюся от общего количества, затем смешивают торфодревесную массу с пеной. Смесь тщательно перемешивают до однородного состояния, формуют вибролитьевым способом образцы-кубики 70×70×70 мм, которые затем сушат при 80-105°С в течение 16 ч. Прочность после сушки составляет на сжатие 1,55-1,92 МПа, на изгиб 0,65-0,90 МПа, средняя плотность составляет 150-200 кг/м³.

Составы смесей и результаты испытаний образцов представлены в табл.2.

Как видно из таблицы, оптимальное соотношение прочности, плотности и теплопроводности соответствует составу 3. В сравнении с прототипом заявляемая композиция имеет более низкую плотность, при этом более высокую прочность при сжатии и низкий коэффициент теплопроводности. Более высокое значение плотности материала (280-350 кг/м³) в прототипе говорит о том, что значение коэффициента теплопроводности этого материала выше, чем у заявляемой композиции. Прочность заявляемой композиции соответствует нормативным данным для теплоизоляционных материалов, композиция промышленно применима. Следовательно, эту композицию можно использовать в строительстве при изготовлении теплоизоляционных материалов.

Торфодревесная композиция для изготовления теплоизоляционных строительных материалов, включающая диспергированный торф в качестве вяжущего, древесные опилки в качестве наполнителя и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит гидрофобизирующую и пенообразующую добавки, а в качестве вяжущего использован низинный торф при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Древесные опилки	61-73
Низинный торф	20,5-28,5
Пенообразующая добавка	3,5-6,5
Гидрофобизирующая добавка
при водотвердом отношении
2,0-2,4	3,0-5,0