СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК C04B38/08 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных изделий при производстве строительных конструкций для жилых и промышленных зданий и сооружений.

В строительстве известно использование в качестве поризующего компонента полистирола для изготовления теплоизоляционных изделий.

Известен способ, при котором бетонную смесь перемешивают в бетономешалке с бисерным полистиролом. Затем полученную смесь укладывают в форму, накрывают крышкой и подвергают тепловой обработке.

Быстрый нагрев смеси способствует вспениванию бисера полистирола, который увеличивается в объеме.

Изделия, полученные известным способом имеют рыхлую равноплотную структуру и недостаточную механическую прочность [1]
Известен также способ изготовления теплоизоляционных изделий путем приготовления формовочной смеси из цемента, воды и частично вспененного полистирола. Однако при окончательном вспенивании полистирола в процессе термообработки изделий способ не обеспечивает получение плотных межпоровых перегородок, вследствие чего прочность изделий снижается [2]
Наиболее близким аналогом изобретению является способ изготовления теплоизоляционных изделий [3] Указанный способ осуществляют путем приготовления формовочной смеси перемешиванием цемента, воды и пенополистирола, формования и термообработки изделий при температуре не выше 70^oС. Компоненты смеси и смеситель загружают одновременно, перемешивают в течение 5 мин, а формование производят с вибрированием в течение 30 с на виброплощадке, возможно использование пригруза, равного 25 г/см², что повышает прочность бетона до 40% Изделия после формования рекомендуется выдерживать не менее 4 ч, а пропаривание проводят при температуре не выше 70^oС.

Недостатками указанных способов также являются высокая энергоемкость технологического процесса (тепловая обработка при быстром нагреве до 100^oС с выдержкой до 6 ч) и относительная сложность, а значит высокая стоимость форм автоклавного типа.

В изобретении предлагается для устранения вышеуказанных недостатков приготовление формовочной смеси осуществлять в два этапа. Вначале перемешивать в течение 15 с 2 об. ч. цемента с 1 об. ч. воды до получения гелеобразной цементной связки. Затем, не переставая перемешивать связку, добавлять в нее 5-10 об. ч. вспененного полистирола, перемешивая полученную смесь в течение 2 мин 45 с до получения формовочной смеси, а после ее формования термообработку формовочной смеси вести при температуре не выше 70^oС.

Изобретение может быть использовано в строительстве для получения жидкого теплоизоляционного материала, используемого при заливке полов, наружных стен, а также для изготовления изделий (перегородок, строительных блоков, перемычек), обладающих достаточной прочностью и низкой теплопроводностью.

Предлагаемый способ поясняется схемой, приведенной на чертеже 1.

Вначале со склада посредством системы шнеков и элеваторов цемент транспортируют в приемный бункер 2. Пеностирол из бункеров 3 вылеживания пневмотранспортом подается в приемный бункер 4. Вода подается или непосредственно из линии 5 водоснабжения или накопительного бака 6.

Из приемных бункеров 2 и 4 соответственно цемент и пенополистирол поступают в дозаторы 7 и 8. Вода из накопительного бака 6 поступает в водяной дозатор 9. Дозирование цемента и воды производится весовыми дозаторами, а пеностирола объемным. Одновременно из дозаторов 7 и 9 в работающую бетономешалку 10 принудительного действия подают 2 об. ч. цемента и 1 об. ч. воды. В течение 15 с перемешивают цемент с водой до получения гелеобразной цементной связки. Затем, не останавливая бетономешалку 10, из дозатора 8 подают в нее 5-10 об. ч. полистирола и перемешивают его с гелеобразной цементной связкой еще 2 мин 45 с до получения пенополистиролбетонной смеси. После этого пенополистиролбетонную смесь выгружают из бетономешалки 10 в приемный бункер 11 и автотранспортом 12 подают на формовку. После формовки полученные изделия подвергают тепловлажностной обработке паром при температуре не выше 70^oС.

Экспериментально было установлено, что если перемешивание цемента с водой вести меньше 15 с, то частицы воды не успевают прореагировать с зернами цемента, полученный цементный гель не обладает нужной клеющей способностью для обмазки зерен добавляемого пенополистирола и склеивания их между собой, а полученная пенополистиролбетонная масса не получается однородной. Шарики пенополистирола всплывают, то есть происходит расслоение пенополистиролбетонной смеси.

Перемешивать цемент с водой более 15 с нецелесообразно, так как качество цементного геля при этом не изменяется, а энергетические и временные затраты увеличиваются, что отрицательно сказывается на выпускаемой продукции, она становится дороже.

Установили, что оптимальным временем перемешивания цементного геля с пенополистиролом является 2 мин 45 с. При уменьшении этого времени не получается однородной пенополистиролбетонной массы, а при увеличении времени перемешивания во-первых, не наблюдается улучшения однородности смеси, во-вторых, удлиняется технологический цикл, а значит снижается производительность и увеличиваются энергозатраты. Кроме того, при слишком длительном перемешивании начинается процесс схватывания химическая реакция взаимодействия цемента с водой, что приводит к ухудшению таких свойств смеси, как подвижность и удобоукладываемость.

Эксперименты показали, что количество добавляемого в цементный гель пенополистирола может меняться от 5 до 10 об. ч. При приближении к низшему пределу (5 об. ч.) изделия получаются более прочные и более плотные, но с высокой теплопроводностью. При приближении к высшему пределу (10 об.ч.) изделия получаются легкие, менее прочные, с низкой теплопроводностью.

Было установлено, что тепловлажностную обработку необходимо вести при температуре не выше 70^oС, так как при больших температурах, как правило, происходит эффект довспенивания полистирола, в результате чего возникают внутренние напряжения в изделиях, что приводит к их разрушению.

Пример. Для осуществления способа брали портландцемент марки 400 по ГОСТ 10178-85, воду по ГОСТ 23732-79 и полистирол вспенивающийся самозатухающий (предварительно вспененный) тип ПСВ-С по ОСТ 301-05-202-92.

Приготовление пенополистиролбетонной смеси осуществляли на типовом бетоносмесительном оборудовании бетономешалке принудительного действия С-356, дозаторе цемента 6001АД-600-2ВС (ДВЦ-600), дозаторе воды 6002 АД-400-2ВШ (ДБЖ-400).

Приготовление смеси производили в следующем режиме: перемешивание цемента с водой в течение 15 с, затем в бетономешалку подавали пенополистирол и перемешивали еще 2 мин 45 с. Выгружали из смесителя при перемешивании в течение 1 мин.

Тепловлажностную обработку осуществляли в камерах ямного типа по следующему режиму: выдержка без пара 4 ч, подъем температуры до 50^oС 2 ч; выдержка при 50^oС 2 ч; подъем температуры до 70^oС 3 ч; изотермический прогрев при 70^oС 3 ч; охлаждение до 60^oС 3 ч.

Контроль режима тепловлажностной обработки производили при помощи программного автоматического многоканального импульсного регулятора типа "ПАМИР".

При проведении опытов количество цемента, воды и пенополистирола меняли в зависимости от необходимой плотности, прочности и теплопроводности изделия, так например:
Расход на 1 м³ при плотности пенополистирола 300-400 кг/м³ цемента 260 кг, а воды 105 л; при плотности пенополистирола 600-2000 кг/м³ цемента 385 кг, а воды 176 л.

В результате проведенных опытов были определены теплофизические характеристики шести видов (составов) пенополистиролбетона в сухом и влажном состояниях. Результаты представлены в сводной таблице.

Использование предложенного способа позволит получать теплоизоляционные изделия с достаточными прочностными и повышенными теплоизоляционными свойствами.

Эффективность применения данного способа приготовления теплоизоляционных материалов в процессе производства достигается также за счет использования имеющегося типового технологического оборудования (бетоносмесительного, формовочного, бортоснастки), применяемого при приготовлении тяжелых и легких бетонных смесей и уменьшения затрат на тепловую энергию с понижением температуры тепловлажностной обработки до 70^oС.

Эффект от применения в строительстве пенополистиролбетона, приготовленного по данному способу, определяется техническими характеристиками получаемого материала (теплопроводность, прочность, объемный вес). При достаточной прочности этот материал имеет малый объемный вес и низкую теплопроводность, что позволяет при использовании его в качестве утеплителя полов, подвалов, кровель и ограждающих конструкций значительно уменьшить их толщину и вес без изменения теплофизических характеристик.

Например, теплопроводность пенополистиролбетона объемным весом 500 мг/м³ равняется 0,15 Вт/м•^oС или 0,13 ккал/м•ч•^oС, керамзитбетона 0,57 ккал/м•ч•^oС, а кирпичная кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе 0,48 ккал/м•ч•^oС.

Таким образом, наружная стена здания, изготовленная с применением изделий из пенополистиролбетона, по сравнению с керамзитобетонной и кирпичной будет тоньше соответственно в 4,4 и 3,7 раза (и еще более значительно легче) при одинаковых теплофизических характеристиках, что приводит к уменьшению нагрузок на фундамент и другие узлы сооружения, а значит и экономии материалов за счет применения облегченных конструкций этих изделий.

В результате обработки экспериментального массива с помощью пакета программ STATGRAPHICS фирмы STSC, предназначенного для решения прикладных задач математической статистики на ПК, получена зависимость коэффициента теплопроводности материала от его плотности и эксплуатационной влажности в виде
λ_p= ρ(d₁+ d₂•u)
где λ_p расчетное значение коэффициента теплопроводности, Вт/(м К);
ρ плотность материала (в пределах 300-800 кг/м³);
d₁, d₂ эмпирические коэффициенты, (d₁ 2,9 х 10^-1; d₂ 1,4 х 10^-3);
u эксплуатационное значение влажности, кг/кг.

При этом стандартное отклонение s полученной зависимости составило σ = 3,4x10^-3.

Способ изготовления теплоизоляционных изделий относится к строительству и используется при производстве строительных конструкций с низкой теплопроводностью. Способ заключается в том, что готовят формовочную смесь из цемента, воды и полистирола. Формуют изделие и подвергают теплообработке. Способ отличается тем, что вначале 15 с перемешивают 2 об.ч. цемента с 1 об. ч. воды до получения гелеобразной цементной связки. Затем, перемешивая связку добавляют в нее 5-10 об. ч. вспененного полистирола. Перемешивают полученную смесь 2 мин 45 с до получения формовочной смеси. После формовки смеси термообработку изделий ведут при температуре не выше 70^oС. 1 табл. 1 ил.

Способ изготовления теплоизоляционных изделий путем приготовления формовочной смеси из цемента, воды и пенополистирола, формования и термообработки изделий при температуре не выше 70^oC, отличающийся тем, что для приготовления формовочной смеси сначала перемешивают 2 об.ч. цемента с 1 об.ч. воды в течение 15 с до получения гелеобразной цементной связки, затем при перемешивании добавляют 5 10 об.ч. пенополистирола и производят окончательное перемешивание в течение 165 с до получения формовочной смеси.