СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ ПЛИТЫ ДЛЯ ОБЛИЦОВКИ СТЕН Российский патент 2003 года по МПК E04F13/08 C04B38/08 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при создании наружных теплоизоляционных и защитных покрытий при возведении новых, а также при реконструкции существующих зданий и сооружений, а именно для осуществления наружной теплоизоляции с тонким слоем штукатурки по утеплителю.

Более конкретно, изобретение относится к способу изготовления теплоизоляционной плиты для облицовки стен.

В настоящее время для устройства теплоизоляционных ограждений используется большое разнообразие конструктивных элементов, отличающихся друг от друга и по форме, и по составу. Используются и сыпучие минеральные теплоизоляционные наполнители, и вспененные материалы, и утеплители на основе минеральных и/или органических волокон.

Теплоизоляционные покрытия, как правило, монтируются на несущие стены с внешней стороны. Поэтому, наряду с требованиями по долговечности, легкости, простоте и надежности монтажа, к ним предъявляются весьма жесткие требования по пожарной безопасности и эстетичному внешнему виду.

Известна слоистая панель (а.с. СССР 1500745, Е 04 С 2/24, 1989), включающая теплоизолирующий слой на основе фенольного пенопласта и другие слои, укрепляющие поверхность материала. Это изделие имеет основной недостаток, заключающийся в том, что из-за того, что теплоизоляционный слой не является несущим, оно не может быть использовано для внешней теплоизоляции стен зданий и сооружений самостоятельно, без дополнительных конструктивных элементов, образующих несущую часть, а это приводит к увеличению трудоемкости при изготовлении конструкций, к повышению материалоемкости и удорожанию теплоизоляционного покрытия. Использование синтетических вспененных материалов, в особенности на основе фенольных смол, как правило, не обеспечивает экологическую и гигиеническую чистоту. Кроме того, применение органических материалов является предпосылкой к пожарной опасности данного покрытия.

Известна теплоизоляционная строительная панель, содержащая оболочку из вспененного гипса, размещенные в ней ячейки с уложенными в них теплоизоляционными вкладышами из вспененного гипса и защитные покрытия, герметично закрывающие всю поверхность панели (патент РФ 2144115, Е 04 В 1/76, 2000). Такая панель экологически и гигиенически чиста, имеет высокую прочность и жесткость, поскольку в конструкцию входит несущая оболочка, а в более надежном варианте - древесно-стружечная или цементно-стружечная плита, уложенные на одной из сторон панели. Она может использоваться самостоятельно как стеновая панель, однако для применения в качестве внешнего теплоизолирующего покрытия неудобна, поскольку закрепление всей панели на несущей стене требует дополнительных крепежных элементов. Кроме того, она обладает тем недостатком, что процесс ее изготовления многоступенчатый, пеногипсовые вкладыши и усилительные панели требуют отдельной стадии изготовления.

Известна теплоизоляционная панель, также обладающая фильтрующими свойствами, включающая наружную и внутреннюю обшивки из ДВП и плиту утеплителя (патент РФ 2034965, Е 04 В 1/88). Плита выполнена из смеси сухого торфа с равным количеством предварительно активированного торфа и древесных отходов. Такая панель не может быть легко использована в качестве внешней теплоизоляции, поскольку боится влаги, и поэтому требуется дополнительная внешняя гидроизоляция. К несущей стене она может быть прикреплена без дополнительных крепежных элементов, а с помощью органического клея, но это отрицательно скажется на паропроводности стены в целом. Кроме того, данное изделие пожароопасно.

Известна строительная конструкция с облицовочным слоем, содержащая, теплоизоляционные панели, выполненные в виде матов, защитный слой с армирующей сеткой и анкерные несущие элементы (патент РФ 2139980, Е 04 В 1/74, 1999). Маты закреплены на стене с помощью клея и анкеров. На свободных концах анкеров расположены фиксирующие элементы, к которым жестко закреплена арматурная сетка с защитным слоем, выполненным в виде торкрет-бетонного или торкрет-штукатурного покрытия. Маты выполнены в виде теплоизоляционных плит, преимущественно пенополистирольных, или пенополиуретановых, или на основе базальтового или каменного волокна. Недостатком данной конструкции является сложность и дороговизна изготовления. Необходимость применения большого количества анкерных креплений диктуется низкой прочностью теплоизолирующих матов.

В связи с этим, а также из-за горючести и плохой, в ряде случаев, паропроводности плит на основе вспененных полимерных материалов в последнее время для конструирования теплоизоляционных покрытий внешних стен большой интерес представляют теплоизоляционные материалы на основе вспученного перлита и вермикулита, которые, помимо теплоизоляции, обеспечивают также и огнестойкость сооружений.

Известны способы теплоизоляции строительных конструкций с использованием увлажненного вспученного перлита путем его пневмонагнетания на изолируемую поверхность с последующим уплотнением в присутствии минеральных вяжущих (связующих) компонентов (см. например, а.с. СССР 1423705, Е 04 В 1/76, 1988; патент ЕПВ 900307 В1, 2000, Е 04 В 1/76, 2000). Недостатками подобных способов являются, прежде всего, трудности в их использовании для теплоизоляции наружных вертикальных стен зданий. Они удобны для теплоизоляции горизонтальных поверхностей, например чердаков. Кроме того, способ, описанный в европейском патенте, может быть реализован с помощью лишь очень сложного сооружения.

Известен способ защиты поверхности конструкций, заключающийся в заделке в несущую часть конструкции анкеров, навешивании на них изоляционных панелей, выполненных в виде теплоизолирующих матов, установке арматурной сетки и последующем устройстве на конце анкеров защитного слоя из цементного раствора (см. упомянутый выше патент РФ 2139980, Е 04 В 1/74, 1999). Затем к свободным концам анкеров крепят арматурную сетку с помощью фиксирующих элементов. На арматурную сетку наносят штукатурный раствор методом "мокрого" торкретирования. Необходимость применения анкерных креплений обусловлена тем, что пенополистирольные или пенополиуретановые теплоизоляционные панели, а также маты на основе базальтовых и каменных волокон имеют низкую несущую способность. Данный способ позволяет осуществить теплоизоляцию вертикальных поверхностей, однако он сложен и многостадиен. Применение большого количества анкерных креплений существенно удорожает и осложняет его реализацию.

Известен способ теплоизоляции зданий с тонкой штукатуркой по утеплителю, включающий подготовку основания, наклейку утеплителя, укладку арматурной сетки в слой штукатурки на утеплителе, механическое крепление утеплителя к поверхности стены с помощью анкерных устройств и винтов с широкой шляпкой и наложение второго слоя штукатурного состава (Технические правила производства наружной теплоизоляции зданий с тонкой штукатуркой по утеплителю, СП 12-101-98, Госстрой России, М., 1998, с. 1-10). Механическое крепление плит утеплителя можно осуществлять до укладки арматурной сетки. После нанесения верхнего слоя штукатурки наносят отделочный слой. В качестве утеплителя могут быть использованы плиты пенополистирольные (ГОСТ 15588), минераловатные на основе базальтового волокна типа "Парок".

Недостатком данного способа является то, что он состоит из множества операций. В связи с низкими прочностными показателями используемых теплоизоляционных плит требуется дополнительное применение деталей для крепления конструкции.

Основным составным элементом для осуществления теплоизоляции стен является утеплитель, в частности теплоизоляционная плита, от состава исходных компонентов и способа изготовления которой зависят как качественные показатели теплоизоляции, так и экономические затратные показатели.

Известен способ изготовления теплоизоляционного элемента, включающий изготовление оболочки и заполнение ее наполнителем (патент РФ 2125142, Е 04 В 1/78, 1999). Этот способ позволяет получить элемент, имеющий достаточно высокую несущую способность. Способ же изготовления самой оболочки (формирование при движении формы вокруг двух перекрещивающихся осей с различной скоростью вращения) является сложным и связан с большими энергозатратами, а процесс в целом многостадиен. Кроме того, оболочка, а иногда и наполнитель выполнены из синтетического полимерного материала. Это снижает в значительной степени огнестойкость элемента и делает его паронепроницаемым, что недопустимо для гражданского строительства. Для того, чтобы он обладал достаточной паропроницаемостью, прочностью, удовлетворительными внешним видом и пожарной безопасностью необходимо использовать дополнительную обработку, что приведет к резкому удорожанию изделия и увеличению его веса. Для крепления же такого элемента к стене также нужны специальные приспособления, поскольку адгезия различных клеев к термопластам, как правило, неудовлетворительна.

Известен способ изготовления теплоизоляционной плиты, включающий укладку армирующего материала, клеевого слоя и минераловатной основы (а.с. CCCP 889812, Е 04 В 1/76, 1981). При этом клеевой слой выполняют из минерального вяжущего, содержащего, вес.%: магнезит, затворенный хлористым или сернокислым магнием, 40-90 и наполнитель 10-60. После укладки слоев осуществляют горячее формование при 120-200^oС. Лицевая поверхность плиты получается ровной, гладкой и прочной. Недостатком данного способа является то, что теплоизолирующий слой из минеральной ваты со связующим и защитный слой из сетки, пропитанной магнезиально-водным раствором, обладают недостаточной прочностью. Для крепления плиты на внешнюю поверхность зданий требуется дополнительное усиление защитного слоя и усиление среднего слоя, что существенно снижает его теплоизолирующие свойства.

Известны различные способы получения теплоизоляционных плит или элементов из пород вулканического происхождения, в частности, из вспученного перлита. Такие плиты имеют хорошие эксплуатационные свойства: относительно высокую прочность на сжатие при малой объемной плотности, низкую теплопроводность, устойчивость к огню.

Известен способ получения строительного элемента для обеспечения тепло-, огне-, холодо- или звукоизоляции из термически вспученного перлита в виде гранул, включающий следующие стадии: перлит с размером гранул менее 1 мм опрыскивают силиконовой смолой или водой, затем добавляют керамический порошок, преимущественно аморфную кремниевую кислоту, после чего опять опрыскивают неорганическим вяжущим. Затем смесь укладывают в соответствующую форму и, после прессования, полученный строительный элемент сушат (заявка ЕПВ 0310138 А, С 04 В 38/08, 1989). Недостатками способа являются его многостадийность. Кроме того, описанный выше способ подразумевает плохое перемешивание наполнителя и связующего. Вследствие этого материал, по-видимому, имеет неудовлетворительные прочностные свойства. Поэтому при устройстве теплоизоляции на здании необходимо применять дополнительные крепежные средства и приспособления.

Известен способ получения строительных, в частности, облицовочных плит, из смеси, включающей, по крайней мере: легкий заполнитель, в частности, перлит, связующее (щелочной активатор отверждения) и воду (заявка ЕПВ 1046622 А1, С 04 В 38/08, 2000). Способ включает следующие стадии: смешивание вспученного перлита с размером гранул от 0,25 до 6 мм с 30-90 мас.% воды, добавление легкой фракции перлита с размером менее 0,25 мм и щелочного активатора твердения из ряда: известь, оксид кальция, гидроксид кальция, цемент (например, портланд), металлический шлак; смешивание компонентов с возможным добавлением оставшегося количества воды до образования смеси необходимой консистенции (сыпучей); последующее формование под давлением с заключительной автоклавной обработкой, таким образом, чтобы плотность материала после автоклава составляла от 100 до 600 кг/м³.

Плиты, полученные таким способом, обладают хорошей прочностью в связи с чем могут прикрепляться к несущим стенам без анкеров, а только с помощью клея. Вместе с тем, автоклавная технология является дорогостоящей, что приводит к удорожанию конечного изделия. Кроме того, теплопроводность данного изделия также не может быть удовлетворительно низкой из-за применения дисперсного связующего.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ изготовления теплоизоляционного материала, включающий смешивание вспученного перлита с 3-33%-ным раствором щелочи, последующее формование изделия с уплотнением (усилие 0,5-10 кгс/см³) или виброуплотнением и термическую обработку изделия при 50-900^oС (а.с. СССР 662535, опубл. 15.05.79). При этом получаются изделия, которые при объемной массе (плотности) от 150 до 210 кг/м³ имеют прочность от 0,39 до 0,8 МПа. Теплопроводность материала не приводится.

Недостатком данного способа являются отсутствие возможности получения материала с высокой прочностью при низкой теплопроводности, поскольку формование изделия осуществляют, по-видимому, с недостаточно высокой степенью уплотнения. Из-за неудовлетворительной прочности известного по данному изобретению материала на основе перлита и щелочного связующего возможность его применения для облицовки стен весьма проблематична, поскольку крепление защитного слоя (например, штукатурки) непосредственно на поверхности плиты без его дополнительного усиления невозможно. Кроме того, по этой же причине транспортировка изделий в виде плит требует особой осторожности или дополнительного оборудования.

Задачей настоящего изобретения являлось разработка легко осуществляемого на имеющемся оборудовании способа изготовления теплоизоляционной плиты для облицовки стен, обладающей необходимым комплексом свойств (высокая прочность при относительно низкой объемной массе, хорошие теплоизолирующие свойства, пожарная безопасность и хороший внешний вид). Это позволило бы получать плиты как составную часть теплоизоляционного покрытия, обладающего наряду с легкостью, долговечностью, простотой и надежностью монтажа, также и пожарной безопасностью, хорошим внешним видом и экологической чистотой. Кроме того, сам способ изготовления теплоизоляционного покрытия для наружной облицовки стен зданий, являлся бы простым и дешевым в реализации и не требовал бы применение крепежных устройств.

Задачей является также расширение ассортимента теплоизоляционных плит для облицовки стен, пригодных для осуществления теплоизоляции не только вновь возводимых зданий, но также для реконструкции старых.

Задача решается тем, что разработан способ изготовления теплоизоляционной плиты для облицовки стен, включающий в себя стадии смешивания вспученного перлита и водного раствора гидроксила натрия или калия, последующее формование и термообработку при температуре до 750^oС, отличающийся тем, что при смешивании используют 3-60%-ный водный раствор гидроксида натрия или калия в количестве 0,13-1,46 кг на 1 кг вспученного перлита, а формование осуществляют таким образом, чтобы исходная смесь уплотнилась не менее чем в 1,5 раза с получением плиты, которая при плотности от 220 до 450 кг/м³ имеет прочность на сжатие от 0,7 до 2,7 МПа и показатель теплопроводности от 0,053 до 0,088 Вт/(К•м).

Новый состав исходной смеси, новые условия формования и термообработки позволяют получить плиту с улучшенным комплексом свойств - прочностью на сжатие от 0,7 до 2,4 МПа при плотности от 220 до 450 кг/м³, а показатель теплопроводности не более 0.088 Вт/(К•м). Кроме того, использование пресс-формы с рельефным рисунком открывает возможность удовлетворения эстетических потребностей при оформлении внешнего вида наружных стен зданий и сооружений.

Достижение улучшенного комплекса эксплуатационных показателей в заявляемом способе получения плиты, по сравнению с известным, можно объяснить следующим образом.

Гидроксиды щелочных металлов (далее - щелочи) вступают в реакцию с алюмосиликатами - основой перлитового песка, поскольку алюмосиликаты являются одними из сильных твердых кислот. Вспученный перлитовый песок обладает высокой удельной поверхностью, и поэтому гетерофазная реакция идет со значительным выходом. При этом меняется структура алюмосиликата и, по-видимому, образуются сильные связи между частицами перлита, там, где они находятся в непосредственном контакте между собой. Использование больших количеств щелочи приводит к образованию большого количества связей между поверхностями алюмосиликата. Это обстоятельство, а также значительная степень уплотнения материала, несмотря на то, что при уплотнении разрушаются частицы перлита, увеличивает количество контактов между поверхностями перлита, а щелочь, прочно склеивая их, приводит к упрочнению теплоизоляционной плиты.

Неожиданным экспериментальным результатом при разработке заявляемого способа получения теплоизоляционной плиты явилось то, что процесс взаимодействия щелочь - твердая кислота, по-видимому, прошел довольно глубоко уже при удалении влаги из смеси и гораздо раньше плавления основания. На это, в частности, указывает то обстоятельство, что при дальнейшей термообработке вплоть до 600^oС прочность плиты практически не увеличивается. Точка плавления щелочи (для NaOH -320^oC не видна на зависимости прочность плиты - температура термообработки, что также служит косвенным подтверждением того, что вся щелочь находится в связанном состоянии.

Изготовленные согласно изобретению плиты можно использовать как составную часть теплоизоляционного покрытия для облицовки стен, при этом теплоизоляционные плиты, с внешней стороны покрывают тонким защитным слоем на основе штукатурки, а с другой стороны прикрепляют к несущей стене здания. В отличие от известных покрытий, плиты прикреплены к стене здания без использования анкеров, только с помощью клеящего слоя. Для большей надежности они также могут быть дополнительно прикреплены к несущей стене с помощью анкеров.

Со стороны защитного слоя плиты могут иметь узорчатый рисунок. Таким образом, покрытие может быть не только теплоизоляционным, но также отделочно-декоративным для удовлетворения эстетических требований. При этом защитный слой штукатурного раствора может наноситься кистью.

В качестве клеящего слоя покрытие может содержать, в частности, клей на основе цемента, а в качестве защитного слоя может содержать штукатурку на основе цемента с дополнительными покрытиями. Под защитным слоем штукатурки может быть дополнительно проложена сетка, что повышает надежность покрытия.

Изготовление теплоизоляционного покрытия для облицовки стен с применением плит согласно изобретению можно осуществлять следующим способом. На несущей стене здания (сооружения) закрепляют на клею встык теплоизоляционные плиты, затем общую поверхность покрывают тонким защитным слоем штукатурки. Этим достигается существенное упрощение технологии.

Плиты закрепляют, в частности, с помощью только клея на основе цемента. Внешний защитный слой выполняют, в частности, с помощью штукатурки на основе цемента. При этом под внешний слой штукатурки, в случае необходимости, дополнительно могут проложить сетку; также крепление плит дополнительно могут усилить анкерами. В таблице 1 приведены параметры процесса и характеристики плит. На фиг. 1 схематично представлен состав теплоизоляционного покрытия, включающего теплоизоляционную плиту 1, изготовленную заявленным способом, прикрепленную к несущей стене 4 с помощью клеящего слоя 2 и покрытую тонким защитным слоем штукатурки 3.

На фиг. 2 представлено теплоизоляционное покрытие, в случае выполнения плиты с узорчатым рисунком.

Заявленный способ изготовления теплоизоляционной плиты для облицовки стен может быть проиллюстрирован следующими примерами.

Пример. К 1 кг вспученного перлитового песка с насыпной плотностью 70 кг/м³ и зерновым составом от 0,16 до 5 мм при постоянном перемешивании добавляют 0,543 кг водного раствора NaOH с концентрацией щелочи 26%. Полученную однородную смесь закладывают в форму и прессуют таким образом, чтобы она уплотнилась в 4 раза. Сформованную плиту термообрабатывают при температуре 400^oС. Плотность полученной плиты 430 кг/м³, прочность 1,7 МПа, теплопроводность 0,088 Вт/(К•м).

Состав исходной смеси, параметры обработки и характеристики теплоизоляционных плит для других примеров приведены в таблице.

Заявляемое изобретение позволяет изготавливать теплоизоляционные плиты для облицовки стен, с помощью которых можно осуществлять наружную теплоизоляцию зданий и сооружений, отвечающую предъявляемым современным требованиям, как в случае возведения новых построек, так и при реконструкции уже существующих.

Это стало возможным благодаря тому, теплоизоляционная плита имеет хороший комплекс механических и теплофизических показателей. Это обеспечило возможность ее надежного закрепления на стене по упрощенной технологии без анкеров. Она также способна нести слой штукатурки для защиты от атмосферного воздействия. Кроме того, использование плиты с узорчатым рисунком на ее внешней поверхности позволяет улучшить внешний вид зданий, а ее состав, включающий только неорганические компоненты, предопределяет устойчивость к огню.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при создании наружных теплоизоляционных и защитных покрытий при возведении новых, а также при реконструкции существующих зданий и сооружений, а именно для осуществления наружной теплоизоляции с тонким слоем штукатурки по утеплителю. Технический результат: расширение ассортимента теплоизоляционных плит для облицовки стен, пригодных для осуществления теплоизоляции не только вновь возводимых зданий, но также реконструкции старых. Способ изготовления теплоизоляционной плиты для облицовки стен включает смешивание вспученного перлита и водного раствора гидроксида натрия или калия, последующее формование и термообработку при температуре до 750^oС, при смешивании используют 3-60%-ный водный раствор гидроксида натрия или калия в количестве 0,13-1,46 кг на 1 кг вспученного перлита, а формование осуществляют таким образом, чтобы исходная смесь уплотнилась не менее чем в 1,5 раза с получением плиты, которая при плотности от 220 до 450 кг/м³ имеет прочность на сжатие от 0,7 до 2,7 МПа и показатель теплопроводности от 0,053 до 0,088 Вт/(К•м). 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ изготовления теплоизоляционной плиты для облицовки стен, включающий стадии смешивания вспученного перлита и водного раствора гидроксида натрия или калия, последующее формование и термообработка при температуре до 750^oС, отличающийся тем, что при смешивании используют 3-60%-ный водный раствор гидроксида натрия или калия в количестве 0,13-1,46 кг на 1 кг вспученного перлита, а формование осуществляют таким образом, чтобы исходная смесь уплотнилась не менее чем в 1,5 раза с получением плиты, которая при плотности от 220 до 450 кг/м³ имеет прочность на сжатие от 0,7 до 2,7 МПа и показатель теплопроводности от 0,053 до 0,088 Вт/(К•м). 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формование осуществляют с использованием пресс-формы, имеющей рельефный рисунок на одной из поверхностей.